Fundação Técnica Educacional Souza Marques

Resina de Uréia-formol (policondensação em solução)

(Química Orgânica Experimental)

Rio de Janeiro, 04 de setembro de 2012

Alunos:

Arpad Neto

Bruno Braga

Rafael Peixoto

Thais Bóia

Vitória Lins

Curso: Química

Turma: H361Q

Sumário

1 Introdução ............................................................................................................................ 1 1.1Polímeros de condensação ............................................................................................. 1 1.2 A resina uréia-formol.................................................................................................... 3

2 Materiais e reagentes ........................................................................................................... 5 3 Procedimento Experimental e Discussões de Resultados ................................................... 6

3.1 Técnica 1 e seu mecanismo: ......................................................................................... 6 -3.2 Técnica 2: .................................................................................................................... 7 3.3 2

o etapa dos dois processos ........................................................................................... 8

3.4 confirmação da Reação ................................................................................................. 9 4 Conclusão. ......................................................................................................................... 10

5 Bibliografia ........................................................................................................................ 11

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1 Introdução

Para desenvolvimento da pratica, é preciso considerar o conceito de

polímeros e oligômeros e os possíveis aspectos dos grupos funcionais para

obtenção da resina uréia-formol. De maneira mais simplificada, algumas

moléculas chamadas de monômeros e possuem a propriedade de ligar-se entre

si, originando uma macromolécula denominada de polímero (palavra derivada dos

radicais gregos: “poli = muitos” + “meros = partes”), apresentando quantidade

infinita de monômeros . No entanto, embora de modo similar, não se deve

confundir um polímero com um oligômero, já que um oligômero apresenta uma

forma limitada de monômeros, ou seja, um oligômero poderá constituir uma forma

pré-definida ou a iniciação de um polímero (na qual este ultimo é a proposta da

pratica).

Assim como na natureza existem alguns polímeros (polímeros celulose,

proteínas, látex), existe também a produção de objetos baseados na

polimerização, que e de suma importância para o cotidiano, como podemos citar:

recipientes de isopor, roupas e mantas. Os polímeros sintéticos são classificados

basicamente em dois grupos: os polímeros de adição e de condensação (na qual

daremos mais ênfase nos polímeros de condensação, desenvolvida na pratica).

1.1Polímeros de condensação

Esses polímeros são, em geral, obtidos pela reação entre dois monômeros

diferentes, com a eliminação de moléculas pequenas. Neste tipo de polimerização,

os monômeros não necessitam que contenha duplas ligações entre carbonos, mas

é necessária a existência de dois tipos de grupos funcionais distintos. Esta reação

polimérica é importante pelo fato de se obter polímeros mais sofisticados, que

possuem excelente desempenho, dentre as quais podemos citar algumas: as

resinas fenólicas, ureicas, melaminicas, epoxidicas. Os polímeros de condensação

apresentam em sua cadeia principal não apenas átomos de carbono, mas também

a possibilidade de outros elementos, como: oxigênio, nitrogênio, enxofre, etc.

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Para o desenvolvimento do mecanismo, é preciso considerar que as reações de

policondensação são realizadas em etapas (também chamadas de “step

reaction”), em que não há uma distinção entre a formação do polímero e o

crescimento macromolecular, ou a interrupção deste crescimento. As reações se

processam de forma similar ao que ocorre às moléculas não poliméricas. Sobre o

crescimento da macromolécula, a conversão de monômero em produtos é alta,

porém o crescimento da cadeia polimérica é lento, e a cadeia alcança peso

molecular elevado após um tempo para a intercondensação dos segmentos

menores (dímeros, trimeros, tetrâmeros, oligômeros) formados.

Naturalmente, as policondensações por estarem correlacionadas à dois a

dois tipos de monômeros, e a cadeia polimérica pode resultar em um copolímero,

por exemplo, poli(tereftalato de etileno). Quando reage um monômero bifuncional,

como por exemplo um hidroácido, aminoácido ou diácido, a cadeia polimérica

poderá ser considerada como de um homopolímero. Entretanto, é possível a

ocorrência de competição entre a reação de polimerização e de ciclização. Por

isso, é preciso que a cadeia de carbonos entre os grupos funcionais seja a maior

possível para que não ocorra a formação de compostos cíclicos, por lactonização ,

lactamização ou anidrização. A determinação do grupo terminal das moléculas

em crescimento será descrito pela quantidade de monômeros empregados e, uma

vez esgotado o monômero do meio reacional, termina o crescimento da

macromolécula. A aplicabilidade de monômeros com mais de dois grupos

funcionais, a ramificação dos polímeros ou polímeros reticulados podem ser

obtidos é mais complexo, devido à formação de um gel. A medida que o solvente

vai se transformando em gel, a mistura torna-se cada vez mais viscosa,até

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consistência elástica, até a forma rígida no final do processo. A funcionalidade dos

monômeros determina a possibilidade de ligação intercalada, isto é, a formação de

polímero termorrígido. Por exemplo, a policondensação de um diácido com um

diálcool dará origem a um termoplástico; mas , se for introduzida na reação certa

proporção de um tri-álcool, já então poderá haver reação fora das extremidades da

cadeia, e será obtido um produto termorrígido, após a sua policondensação com

um diálcool como o glicol etilênico, é possível obter estruturas termorrígidas, pela

adição de um monômero olefínico , como o estireno, em condições adequadas.

as reações são em geral reversíveis e o crescimento da cadeia depende da

remoção dos subprodutos, que são micromoléculas, como H2O , HCl , NH3. À

medida que os segmentos moleculares vão sendo incorporados, o meio reacional

se torna cada vez mais viscoso, o que dificulta ou mesmo impede a remoção

desses subprodutos, e prejudica o deslocamento do equilíbrio reacional ( há

formação de subprodutos, que precisam ser removidos do meio reacional). Assim ,

o peso molecular atingido nas policondensações é usualmente uma ordem de

grandeza menor do que nas poliadições, muitas vezes se torna necessária a

chamada cura , isto é, a reticulação do oligômero durante o processo de produção

do artefato.

1.2 A resina uréia-formol

A resina uréia-formol é o adesivo mais utilizado na fabricação de painéis de

madeira aglomerada e de painéis de fibras de media densidade. A maior

aplicabilidade deste tipo de resina na fabricação de painéis, destacam-se:

- Seu baixo custo das matérias-primas: uréia e formol;

- pouco desenvolvimento de cor, em relação a outras resinas;

- resistência à chama, devido a presença de nitrogênio no composto.

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Com o inicio dos estudos com a condensação da uréia e formol (1880 a 1887)

para desenvolvimento de materiais resinosos, a maior parte se aplicava em peças

de moldagem. Experimentou-se utilizar a resina na substituição do vidro, devido a

transparência, sem sucesso. No entanto, devido as preocupações ambientais,

ampliou-se o interesse pela química deste tipo de resina e técnicas analíticas que

auxiliaram a elucidar a estrutura química ( novas formulações reduziram emissões

de formol de 6 até 10 vezes).

Caso a proporção entre a uréia e formol for igual a 1 e a solução for fracamente

ácida ( com pH do meio acima de 5) forma-se poli(metileno uréia) linear, de baixa

solubilidade, o que limita o avanço da polimerização para cerca de 5 resíduos de

uréia por oligômero. Com maiores quantidades de formol, entretanto, forma-se

mais hidroximetilas ligadas aos oligômeros, que tendem a solubilizar,

possibilitando a formação de oligômeros maiores. As relações molares de

polimerização conduzidas na industria são tipicamente U:F = 1,6 a 2,6 de

concentração. Embora a reação ocorra com apenas dois reagentes, deve-se

considerar que a reação depende do pH,da concentração, da relação molar, da

temperatura, do tempo de reação e da sequência das reações. Portanto, devido

ao enorme numero de permutações possíveis entre esses parâmetros, o sistema é

complexo, apesar de partir de apenas dois reagentes de grupos funcionais

simples.

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2 Materiais e reagentes

Reagentes:

NaOH (2 ml de solução aquosa a 10%)

acido clorídrico (HCl) (20 gotas)

formol (5 ml e 11 ml)

Uréia (6 g. e 2,5 ml.)

acido acético concentrado (C2H4O2)

água

Vidrarias:

Tubo de ensaio

Becker

Espátula

Bastão de Vidro

Papel Tornassol

Funil de Buchner

Kitassato

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3 Procedimento Experimental e Discussões de Resultados

A experiência esta constituída basicamente pela etapa de adição entre a uréia e

formol para a obtenção de uma resina de baixa massa molar. O comportamento

da interação uréia -formol é determinado pelos grupos funcionais. A uréia reage

como uma amina e o formol reage como um glicol. Durante a formação dos

produtos de reação inicial ocorre a liberação de água. Sobre as técnicas

empregadas, obtivemos os seguintes resultados e mecanismos:

3.1 Técnica 1 e seu mecanismo:

Ao adicionar uréia e formol em um tubo de ensaio, a reação se torna altamente

endotérmica (a reação é extremamente lenta). Quando adiciona o ácido clorídrico

(HCl), que é um ácido forte, no tubo, a reação se torna altamente exotérmica,

agindo o ácido como catalisador, acelerando a reação. Resulta de imediato em

uma massa branca pastosa, de alta viscosidade, que após determinado tempo

endurece, sendo este produto, o polímero da resina uréia-formol

(policondensação).A reação ocorre por meio do intermediário carbocátion

(H2C+OH), como descrito o mecanismo abaixo:

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-3.2 Técnica 2:

Ao adicionar em um tubo de ensaio formol, hidróxido de sódio (NaOH), que é uma

base forte, e a uréia, a reação se torna altamente endotérmica, mantendo a

solução em estado líquido, diferente da técnica 1 que se encontra em meio a um

ácido forte.

Ao aquecer a solução em um período curto de tempo ocorre formação de bolhas

(a solução entra em estado de ebulição rapidamente). Sugere-se que caso o tubo

vibre enquanto aquece a solução, deveria afastar o mesmo do bico de gás, pois o

líquido facilmente é projetado para fora do tubo.

Após diminuir 1/3 do volume da mistura reacional e esfriá-lo foi adicionado ácido

acético glacial dando uma coloração branca (turva), tornando o meio ácido, que foi

analisado com auxílio do papel de tornassol azul dando coloração rosada.

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Embora não seja analisado o pH da reação,foi analisado em um intervalo alcalino

(NaOH).Ao deixar em banho de água fervente, contida em um bécher, a mistura

se torna lentamente pastosa, de alta viscosidade,que depois endurece, resultando

na formação do polímero.O mecanismo é realizado através do ataque da base ao

grupo amido, que por sua vez ataca o metilenoglicol formando o grupo

hidroximetila, como descrito na figura abaixo:

3.3 2o etapa dos dois processos

De forma similar em ambos os processos, teremos a obtenção da

hidroximetilação: em meio alcalino e em meio ácido. Na segunda parte do

mecanismo caracteriza-se pela formação de oligômeros da uréia-formol, sendo

baseada na condensação dos compostos hidroximetilados, através da capacidade

do composto em aceitar um próton e formar novos carbocátions.

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dependendo das proporções de formol e uréia, e dependendo da concentração de

ácido, a formação de diferentes tipos de carbocátion, resulta em diferentes

produtos, como no exemplo abaixo:

3.4 confirmação da Reação

O produto resinoso é insolúvel em água, confirmando sua natureza polimérica.

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4 Conclusão.

Podemos concluir que cada polímero é formado a partir dos monômeros

relacionados na reação. Dependendo do grupo funcional deste monômero,é

possível a obtenção características diferentes de produto (por exemplo, a

formação de resinas com maior ou menor rigidez ou de outro tipo de produto).Na

pratica, foram utilizadas a úreia agindo como o grupo funcional amina e o formol,

que agiu como um glicol, formam como produto o grupo hidroximetila ( que como

segunda parte age para formar novos carbocations e assim interagem para

formação da resina).É importante enfatizar que embora a pratica utilize apenas

dois reagentes, a reação depende do pH, relação molar, temperatura, tempo de

reação, concentração e da sequência das reações ( correlacionando estes dois

últimos podemos analisar: variando a concentração de um dos reagentes

poderíamos obter outra sequencia de reações, podendo ser obtido um sistema

complexo ou uma cadeia simples).

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5 Bibliografia

LESSMANN, V. E., “Estudo da Reação de cura de resinas uréia-formol por espectrometria de ressonância magnética nuclear”.2008. 105f. Dissertação (Mestrado em Química) Universidade

Federal do Paraná. Curitiba, 2008.

Mano,E. Polímeros como materiais de engenharia.

Unesco,J. & Salvador,E. Química . Volume único.5ª edição reformulada. São Paulo: Saraiva, 2002.