final elastomeros
TRANSCRIPT
1
Resumo do Trabalho 4
Introdução 4
História 5
Introdução dos elastômeros 6 | 7
Definição de Elastômeros 8
Borracha natural 9 | 12
Classificação da borracha natural (NR) 13 | 14
Propriedades e Aplicações da borracha natural 15 | 16
Tecnicas de produção (Vulcanização) 17 | 24
Peróxidos 25 | 27
Borracha de Poliisopreno (IR) 28
Borracha de butadieno estireno (SBR) 29 | 30
Borrachas de policloropreno (CR) 31
Borracha de polibutadieno 32
Borracha nitrilica 33
Borracha de Silicone 34 | 35
Borracha de poliuretanos (PUR) 36
Moldes 37
índice
2
Índice
Tabelas
Tabela I - Composição típica da borracha natural 10
Evolução da vulcanixação (curva geométrica) 20 | 21
3
Índice
Figuras
Figura 1 6
Figura 2 8
Fig. 3 Borracha termo plástica 38
Fig. 4 elastômeros de várias cores 38
4
Resumo
Este trabalho pretende ser um estudo geral sobre os elastómeros, desde a sua origem
até aos dias de hoje, acerca do modo como estes polímeros nos rodeiam sob forma a mais
variada panóplia de produtos.
Introdução
Os produtos produzidos a partir dos elastómeros estão espalhados um pouco por todo o
lado. Desde as rodas de skate ou de carrinhos de supermercado, desde de produtos com fraco
nível tecnológico tais como solas de sapatos, a produtos de alto nível tecnológico, como
por exemplo, aqueles que estão associados à absorção de choque tais como o interior de
amortecedores de automóveis. Pela sua versatilidade estão presentes não só nos produtos do
nosso dia-a-dia mas também em ambientes industriais como em molas, réguas de guilhotinas,
cilindros de impressão, luvas, revestimentos de superfícies.
Resumo
Introdução
5
História
História
Os materiais e as suas qualidades ou propriedades têm, desde a sua origem, uma
importância vital para o ser humano. Esta importância é de tal forma relevante que as
diferentes eras do desenvolvimento da Humanidade podem mesmo adquirir classificações
consoante o uso predominante de cada material; assim temos a idade da pedra, idade do
bronze, idade do ferro, etc.
Inicialmente o homem dispunha apenas de materiais que estavam no seu estado
primitivo como as pedras, os ossos, a madeira ou as peles. Estes materiais tinham as mais
diversas utilizações desde a construção de abrigos, à produção de roupas ou ao fabrico de
armas, deste modo a evolução dos materiais acompanha a evolução do próprio Homem.
6
Elastómeros
Os elastómeros têm o seu inicio nos finais do
século XIX. De facto, a Revolução Industrial surgida na
Inglaterra em meados do século anterior, abriu as portas
a várias Indústrias, entre as quais a Indústria Química,
responsável pela melhoria das qualidades e performances
dos materiais que aumentavam na medida em que iam
surgindo cada vez mais empresas aumentando assim a
concorrência entre si.
Na primeira metade do século XX, sempre que se
pensava em elastómeros o produto que quase sempre vinha
à mente era a borracha, que podia ser facilmente
encontrada na natureza e depois fabricada
artificialmente. Esse panorama mudou quando, na segunda
metade do mesmo século, a borracha natural começou a
perder relevância e os avanços do progresso e da
economia elevaram exponencialmente as exigências feitas
a materiais e processos.
Introdução
Elastômeros
Figura 1 elastômero
7
Introdução
Elastômeros
Surgiram então, os elastómeros artificiais, dos quais o poliuretano é, há vinte
anos pelo menos, um dos maiores destaques. Descobertos na década de 40, os elastómeros
de poliuretano são utilizados como material de engenharia, especialmente pela
resiliência (factor incomum aos outros materiais) junto com altas resistências à
abrasão, impacto, tracção, rasgo, corte, absorção de choques, além de resistências
química e dieléctrica. De forma geral, as matérias-primas escolhidas definem as
propriedades físicas da peça ou aplicação, e são elas que fazem do elastómero de PU
(poliuretano) um substituto vantajoso em relação à borracha, PVC, polipropileno,
poliamidas, polietileno, ABS e policarbonato, entre outros. A única restrição de uso do
elastómero de PU diz respeito a aplicações sujeitas a temperaturas superiores a 100º C.
8
Definição
Elastômero
Elastómero
Um elastómero consiste num material com
propriedades semelhantes às da borracha, que tem a
possibilidade de sofrer deformações por acção de uma
força, recuperando a sua forma original quando essa
força é retirada.
Uma borracha natural ou sintética ou um
material borrachoso como é o caso do policloropreno
e copolímeros de butadieno são elastómeros. São
ainda exemplos de elastómeros a buna, o mipolam, o
opanol, entre outros.
As cadeias moleculares enroladas que
constituem estes materiais são facilmente
desenroladas por aplicação de forças e retomam a sua
forma original quando estas deixam de ser aplicadas
devido ao reduzido número de ligações cruzadas entre
as cadeias moleculares constituintes do material.
Figura 2 : exemplo de um
elastômero
9
Borracha
Natural
Borracha Natural (NR)
O primeiro material conhecido como borracha (“caoutchouc” derivado da palavra índia
“caa-o-chu”) é o poliisopreno recolhido da seiva da árvore Hevea Brasiliensis, látex,
sendo por tal facto conhecido como borracha natural (NR). A borracha natural pode reagir
com o enxofre a temperaturas elevadas para formar reticulações, ocorrendo a transformação
de um estado pegajoso e fundamentalmente plástico num estado elástico.
A borracha natural foi a primeira e única borracha a ser utilizada até 1927, sendo
que, apesar disso, o seu interesse actual não seja meramente histórico, mas sim, devido ao
seu potencial técnico. A borracha natural é obtida por coagulação do látex. Os graus de
qualidade mais elevados são obtidos através da coagulação por acidificação, sob condições
fabris cuidadosamente controladas. A borracha natural comercial tem uma pequena
quantidade, 4 a 9%, de outros constituintes. Destes, os mais importantes são os
antioxidantes naturais e activadores de vulcanização (que será explicada mais à frente)
representados pelas proteínas e ácidos gordos. Na tabela I indica-se a composição típica
da borracha natural, NR.
10
Tabela I - Composição típica da borracha natural
Borracha
Natural
CONSTITUINTE PERCENTAGEM
Humidade 0.3 - 1.0
Extracto de acetona 1.5 - 4.5
Proteínas 2.0 - 3.0
Cinzas 0.2 - 0.5
Borracha (hidrocarboneto) 91.0 - 96.0
11
Quimicamente, a borracha natural é um cis-1,4-poliisopreno, apresentando uma longa
cadeia polimérica linear com unidades isoprénicas (C5 H8) repetitivas e com densidade
aproximadamente igual a 0,93 a 20 °C.
Devido à regularidade da sua estrutura molecular, cristaliza a uma temperatura inferior a
-20 °C, variando a velocidade de cristalização com a temperatura e com o tipo de
borracha. Na estrutura química da borracha natural existe uma ligação dupla por cada
unidade de isopreno; estas ligações duplas e os grupos metilo em posição alfa, são grupos
reactivos para a reacção de vulcanização com enxofre, sendo as ligações duplas “um pré-
requisito para a vulcanização com enxofre”. Estas ligações duplas podem, no entanto,
entrar em reacções adicionais com o oxigénio ou o ozono para degradar (envelhecer) os
compostos.
Borracha
Natural
12
Na indústria da borracha, desde que T. Hancock e Charles Goodyear obtiveram em 1843 e
1844 as primeiras placas de borracha natural, muito se avançou. Essas placas representam o
começo da produção de artigos de borracha e da formulação de compostos. Na maioria dos
casos, os compostos de borracha baseados em borracha natural ou sintética, necessitam de
serem vulcanizados com enxofre, peróxidos, óxidos metálicos ou combinações dos mesmos.
Outros produtos químicos são também necessários para se obter ou melhorar propriedades
físicas, químicas ou térmicas específicas.
Borracha
Natural
13
Classificação da borracha natural (NR)
Podemos classificar a borracha natural em três grandes grupos: graus convencionais,
borrachas tecnicamente especificadas (TSR) e borrachas tecnicamente classificadas (TCR).
No primeiro grupo encontramos os denominados “Ribbed Smoke Sheets” (RSS), “Air-Dried
Sheets”, “Pale Crepe”, “Sole Crepes” e os “Brown and Blanket Crepes”.
Os graus pertencentes ao segundo grande grupo, TSR, foram introduzidos pela primeira
vez no mercado, em 1965, pela Malásia como “Standard Malaysian Rubber” (SMR). Esta adesão
pela Malásia à normalização foi posteriormente seguida por outros países produtores tais
como a Indonésia com a “Standard Indonesian Rubber” (SIR). Os graus mais comuns dentro dos
TSR são o SMR L de cor muito clara, SMR CV com viscosidade estabilizada, SMR WF similar a
SMR L mas de cor mais escura, SMR GP de uso geral mas com viscosidade estabilizada e
adequada para uso em pneus, TSR 5 feita de látex usando o mesmo processo de obtenção do
SMR L mas sem tratamento químico.
Classificação
NR
14
Quanto ao terceiro grupo, TCR, podemos considerar a Borracha Natural Extendida com
Óleo (OENR) que contém cerca de 20% a 30% de um óleo de processamento aromático ou
nafténico, Borracha Natural Desproteinizada (DPNR), Borrachas de Superior Processamento
(SP), Borracha Natural Epoxidada (ENR) e Borracha Natural Termoplástica (TPNR)
Para além dos graus de borracha natural provenientes da Malásia e da Indonésia e
classificados de acordo com as especificações do país de origem, SMR e SIR,
respectivamente, encontram-se no mercado outros graus, tais como, TTR da Tailândia, SSR
de Singapura, NSR da Nigéria, CAM dos Camarões, GHA do Ghana, GAB do Gabão, LIB da
Libéria, SPR das Filipinas, PNG CR da Papua Nova Guiné, SLR do Sri Lanka, SVR do
Vietname e CSR da China.
Classificação
NR
15
Propriedades e Aplicações da borracha natural
Os vulcanizados de borracha natural possuem propriedades com valores muito
interessantes do ponto de vista tecnológico, especialmente boa resistência à tracção
combinada com uma boa elasticidade, boa resistência ao calor até 80-90 °C, boa
flexibilidade a baixas temperaturas até cerca de -55 °C e excelentes propriedades
dinâmicas exibidas durante solicitações cíclicas. Apresentam alta permeabilidade ao
gás, resistência limitada ao envelhecimento e ao ozono, contudo, não é resistente a
agentes oxidantes como por exemplo o ácido nítrico, óleos minerais e hidrocarbonetos
alifáticos e aromáticos. No entanto, devido à grande proliferação, melhoramento,
inovação e especialização das borrachas sintéticas, a borracha natural tem vindo a ser
gradualmente substituída, especialmente em peças envolvidas em técnicas com
necessidade de resistência ao calor, ao envelhecimento e ao aumento de volume em
contacto com líquidos. Não obstante, ainda satisfaz cerca de um terço da necessidade
mundial de borracha, graças à indústria de pneus.
Propriedades
Aplicações
16
Propriedades
Aplicações
A borracha natural é bastante usada para a produção de apoios de borracha, sendo
as principais razões para este êxito as seguintes:
- Excelente resistência à fadiga e à propagação de fendas;
- Elevada resiliência;
- Reduzida histerese (tendência de um material ou sistema de conservar suas
propriedades na ausência de um estímulo que as gerou);
- Aderência eficaz aos metais.
17
Tecnicas de produção (Vulcanização)
Para a produção dos elastómeros são necessárias várias fases até chegar à sua
composição, dentro dessas fazes existem várias técnicas de produção entre as quais a
vulcanização que serve para conferir aos elastómeros determinadas propriedades.
Devido ao crescente avanço tecnológico, existe a necessidade de desenvolver novos
materiais que apresentem características específicas. destacando-se o processo de
vulcanização do elastómero.
Técnicas Produção
Vulcanização
18
borracha não vulcanizada borracha vulcanizada
A vulcanização é um processo de reticulação pelo qual a estrutura química da
borracha, é alterada pela conversão das moléculas do polímero independente, numa rede
tridimensional onde ficam ligadas entre si, (como na figura abaixo). A vulcanização
converte um emaranhamento viscoso de moléculas com longa cadeia numa rede elástica
tridimensional, unindo quimicamente (reticulação) estas moléculas em vários pontos ao
longo da cadeia.
Técnicas Produção
Vulcanização
19
Técnicas Produção
Vulcanização
A borracha é conduzida a um estado no qual as propriedades elásticas são
conferidas, ou melhoradas em grandes temperaturas. Para o processo de vulcanização são
necessários vários agentes (enxofre, óxidos metálicos, compostos difuncionais e
peróxidos) e, se necessário, aceleradores, activadores, retardadores, etc... usados
para produzir as caracteristicas que se pretende adquirir.
O óxido de zinco e o ácido esteárico são activadores, sendo os iões de zinco
tornados solúveis pela formação do sal proveniente da reacção química entre o ácido e o
óxido. Com o uso de aceleradores orgânicos é necessário o uso de activadores orgânicos
e/ou inorgânicos para que os aceleradores atinjam o seu potencial como por exemplo
(óxido de zinco (ZnO) e o óxido de magnésio (MgO). Para alem destes é usado também o o
ácido esteárico, ou sais de ácidos gordos como o estearato de zinco.
Os aceleradores usados com o agente de reticulação permitem obter a velocidade de
vulcanização desejada. Se usados em dosagens acima da sua solubilidade na borracha,
poderá ocorrer a sua migração. Esta situação pode ser evitada usando pequenas
quantidades de vários aceleradores, de forma a que os resíduos sejam solúveis.
20
EVOLUÇÃO DA VULCANIZAÇÃO (CURVA REOMÉTRICA)
A evolução da vulcanização pode ser
analisada através da curva reométrica, a
qual pode ser dividida nas seguintes fases:
a. tempo durante o qual não ocorre
vulcanização. Neste período a borracha
comporta-se termoplasticamente e reduz a sua
viscosidade devido ao efeito combinado do
aquecimento e cissão macromolecular.
Dependendo da escolha do sistema de
vulcanização, o início da vulcanização pode
ser rápido ou retardado
b. fase da subcura - desenvolve-se o
processo de reticulação; a maioria das
propriedades da borracha não está ainda
completamente desenvolvida.
c. estágio de cura óptima - atinge-se o
grau máximo de reticulação.
d. fase de sobrecura - obtém-se prolongando
o aquecimento (vulcanização) das borrachas
para além do tempo de cura óptimo. Para a
maioria das borrachas sintéticas, ou não se
observa uma variação no binário, obtendo-se
o que se designa por patamar (fig. em cima)
ou se observa um aumento ligeiro e
progressivo com o tempo, como se observa na
figura em baixo (a).
Técnicas Produção
Vulcanização
21
Técnicas Produção
Vulcanização
A vulcanização divide-se em dois
tipos: vulcanização com enxofre e
vulcanização sem enxofre. A aplicação destas
substâncias aprimora a qualidade da
borracha.
As borrachas insaturadas, com ligações
duplas, são geralmente vulcanizadas com
enxofre. A vulcanização com enxofre é
preferida pelas seguintes razões:
- ajuste mais simples entre o inicio da
vulcanização e o patamar de vulcanização;
- maior flexibilidade na composição;
- possibilidade de vulcanização por ar
quente;
- melhores propriedades mecânicas;
- maior economia.
Todavia, os produtos vulcanizados com
peróxidos orgânicos apresentam vantagens
tais como: melhor estabilidade ao calor,
maior resistência à reversão, menor
deformação residual e não corrosão de
metais.
No caso da vulcanização com enxofre, a mais
frequente, podem formar-se vários tipos de
reticulações, estruturas mono, di e
polissulfídicas, dependendo da quantidade e
actividade de outros aditivos adicionados na
composição, particularmente dos
aceleradores.
As propriedades resultantes da borracha
vulcanizada dependem, em grande parte, do
número e do tipo das reticulações formadas.
O tipo e quantidade de cargas e
plastificantes utilizados, podem ter um
forte efeito nas propriedades do
vulcanizado, mais forte que a densidade de
reticulação. Obtêm-se diferentes estruturas
de reticulação conforme o sistema de
vulcanização usado, por exemplo com
diferentes quantidades de enxofre.
22
Dadores de Enxofre
Os sistemas de vulcanização sem enxofre elementar, são sistemas de vulcanização que,
conforme o nome indica, não utilizam enxofre como matéria-prima constante da formulação de
borracha, mas sim os denominados “dadores de enxofre”. Usam compostos de dissulfuretos de
tiurame (aceleradores) ou selénio ou telurium e produzem produtos que são mais resistentes
ao envelhecimento por calor. Com os dissulfuretos de tiurame, encontram-se reticulações
eficientes contendo somente 1 ou 2 átomos de enxofre.
Técnicas Produção
Vulcanização
23
Vulcanização com enxofre:
Um dos problemas na vulcanização convencional é o facto do enxofre, em quantidade
excessiva, tender a migrar para a superfície, o que dificulta uma posterior adesão. A
migração caracteriza-se pela formação de uma fina camada na superfície do artefacto de
borracha, de um dos agentes químicos anteriormente adicionados ou produzidos durante a
vulcanização. Nas borrachas insaturadas a vulcanização com o enxofre é a mais
frequente.
Vulcanização sem enxofre:
A maioria dos agentes de vulcanização sem enxofre pertence ao grupo dos óxidos
metálicos, ou dos compostos difuncionais ou dos peróxidos.
Técnicas Produção
Vulcanização
24
Óxidos Metalicos
As borrachas de nitrilo carboxilado, bem como outras, podem ser vulcanizáveis pela reacção
do óxido de zinco com grupos carbolixados da cadeia principal, o que envolve a formação de
sais de zinco dos grupos carboxilados.
Os policloroprenos também são vulcanizáveis pelas reacções com óxidos metálicos, sendo
normalmente usado o óxido de zinco e o óxido de magnésio. O grau do óxido de magnésio usado
para a vulcanização com policloropreno deve ser de boa qualidade, sendo de particular
importância o seu número de actividade.
Técnicas Produção
Vulcanização
25
Peróxidos
Os peróxidos orgânicos são usados para vulcanizar borrachas que são saturadas ou
não contêm qualquer grupo reactivo capaz de formar reticulações. Este tipo de agente
de vulcanização, peróxidos, não entra na cadeia do polímero mas produz radicais que
formam ligações carbono-carbono com cadeias adjacentes do polímero. A vulcanização com
peróxidos praticamente só produz este tipo de ligações, C-C. Os peróxidos reagem mais
rapidamente com outros ingredientes do composto de borracha do que os sistemas
convencionais de vulcanização com enxofre, o que restringe o uso, por exemplo, de
óleos e antioxidantes.
Todos os óleos, plastificantes e antioxidantes reduzem a eficiência dos
peróxidos, dependendo o grau em que a eficiência da vulcanização é afectada da
quantidade adicionada e do tipo de óleo, plastificante ou antioxidante usado. Os óleos
aromáticos têm a maior influência, seguindo-se os óleos nafténicos e os parafínicos,
enquanto o uso de plastificantes como o dioctil-ftalato provoca um efeito semelhante
ao do óleo parafínico. No que diz respeito aos antioxidantes, os que têm menor efeito
na redução da eficiência dos peróxidos são os tipo amina, enquanto que os que mais
inibem a vulcanização são os antioxidantes tipo fenólico.
Técnicas Produção
Peróxidos
26
Os peróxidos não são aconselháveis para a realização da vulcanização na presença de
oxigénio, tal como a vulcanização em ar quente, já que um radical transferido do peróxido
para a cadeia do polímero pode ser oxidado, o que significa que se pode formar
rapidamente um hidroperóxido e, quando este é decomposto termicamente provoca a
degradação do polímero.
A vulcanização com peróxidos adquiriu importância com o desenvolvimento de borrachas
sintéticas saturadas, tais como EVM, EPM, EPDM, CM, Q, etc [2]. A fórmula química de
todos os peróxidos pode ser derivada do peróxido de hidrogénio; os produtos substituídos
uma vez são os hidroperóxidos; os produtos substituídos duplamente são os peróxidos [2]:
H-O-O-H - Peróxidos de hidrogénio
R-O-O-H - Hidroperóxidos
R-O-O-R - Peróxidos
Os hidroperóxidos não contribuem para a formação de reticulações mas podem interferir com
a capacidade de outros peróxidos o fazerem e, por isso, para a vulcanização da borracha
só são usados, praticamente, os peróxidos.
Técnicas Produção
Peróxidos
27
Vantagens e inconvenientes do uso dos Peróxidos
O uso da vulcanização com peróxidos apresenta vantagens quando comparada com a
vulcanização com enxofre, tais como, maior simplicidade de formulação, maior tempo sem
risco de prévulcanização enquanto o composto está armazenado, possibilidade de uso de
temperaturas de vulcanização mais elevadas sem reversão, e obtenção de melhores
propriedades do vulcanizado tais como: melhor resistência ao envelhecimento por calor,
melhor resistência à compressão mesmo a temperaturas elevadas, uma boa flexibilidade a
baixa temperatura, boas propriedades eléctricas e não corrosão dos metais.
O uso de peróxidos tem como desvantagens, o preço, a sensibilidade a óleos, a
antioxidantes, a resinas e ao oxigénio (durante a vulcanização). O uso de peróxidos
reduz a resistência à abrasão dos vulcanizados, a tensão de rotura e a resistência ao
rasgamento dos vulcanizados em cerca de 15%, comparativamente ao valor obtido em
vulcanização com enxofre. Alguns peróxidos produzem um cheiro desagradável durante a
vulcanização e conferem-no ao vulcanizado. O uso de peróxidos necessita da realização,
quase sempre, de uma pós-vulcanização do produto vulcanizado em estufa para
estabilização das propriedades características da formulação em causa.
Técnicas Produção
Peróxidos
28
Borracha de Poliisopreno (IR)
A borracha de isopreno ou poliisopreno é uma borracha natural sintética, ou seja,
é um cis-1,4 -poliisopreno obtido sinteticamente. A característica técnica do produto
sintético depende da percentagem de 1,4 cis, sendo tanto mais parecida com a borracha
natural quanto mais cis contém.
Como a estrutura química é quase similar à da borracha natural (os espectros
infravermelhos são quase iguais), o campo de aplicação da IR é semelhante ao da
borracha natural, embora a borracha sintética IR seja bastante mais pura. A maior parte
da borracha de isopreno é formulada juntamente com borracha natural (NR) ou borracha de
estireno butadieno (SBR), necessitando todavia de uma quantidade de aceleradores
superior à da borracha natural.
As primeiras tentativas na pesquisa de borrachas sintéticas, tinham por finalidade
obter uma borracha sintética semelhante à borracha natural, usando o isopreno como
material de partida [F. Hofman, 1909]. Em 1954 Goodrich foi bem sucedido na síntese de
cis-1,4-poliisopreno (IR), a então chamada “borracha natural sintética” usando os
agentes catalíticos de Ziegler-Natta (Carlos Ziegler e Júlio Natta), tetracloreto de
titânio e trialquil-alumínio. Pouco depois Firestone descobriu o caminho para a síntese
de IR usando lítio finamente disperso e alquil-lítio como agentes catalíticos, o que já
tinha sido proposto por C.D. Harries em 1917. A produção em grande escala de borracha
de isopreno (IR) utilizando lítio foi inicializada em 1960 pela Shell mas foi somente
comercializada em 1962 pela Goodyear.
Borracha
Poliisopreno
29
Borracha
Butadieno
estireno
Borracha de butadieno estireno (SBR)
A borracha de butadieno estireno, SBR, é sem dúvida a borracha sintética mais
difundida no mundo. Foi elaborada primeiro na Alemanha na década de 1930 com o nome de
Buna S e posteriormente estudada nos Estados Unidos durante a 2ª guerra mundial com a
denominação de GRS (Government Rubber-Styrene), sendo esta denominação posteriormente
substituída por SBR. O produto alemão era, na altura, de difícil processamento.
O butadieno (CH2=CH-CH=CH2) e o estireno (C6H5-CH=CH2) são os monómeros de base para a
produção de SBR, sendo o conteúdo de estireno de cerca de 23,5%, havendo todavia graus
de SBR com teor de estireno de 40 a 85%. À medida que aumenta o teor de estireno, o
produto da polimerização (SBR) assume mais a característica de produto termoplástico,
pelo que este tipo se usa sempre combinado com SBR normal, obtendo-se, assim, maior
facilidade de trabalho.
A maior parte do SBR, cerca de 85 a 90%, é polimerizado por emulsão, sendo os restantes
10 a 15% polimerizados em solução. Em função da temperatura de polimerização, a
borracha obtida é classificada de “hot rubber” se a temperatura de polimerização é de
cerca de 55 °C e de “cold rubber” se a temperatura de polimerização se situa entre 5-10
°C, possuindo esta última melhores características de laboração.
30
Borracha
Butadieno
estireno
Considerando o tipo de estabilizadores usados na polimerização, o SBR é
classificado de SBR manchante (staining) e SBR não manchante (non-staining).
Existe também o SBR extendido com óleo (oil extended SBR), sendo o mais vulgar o que
contém 25 a 50 partes em peso de plastificante sobre 100 partes de borracha, sendo este
tipo de SBR o de mais fácil processamento. Os óleos usados podem ser aromático ou
nafténico; o óleo parafínico não é utilizado porque não é suficientemente solúvel no
SBR. Os tipos mais conhecidos de SBR extendido com óleo são o SBR 1712 (escuro) e o SBR
1778 (claro).
Outras formas populares de SBR modificado são os “Masterbatches” feitos com óleo negro.
Os vulcanizados obtidos a partir da borracha de butadieno estireno (SBR)
apresentam uma melhor resistência à abrasão do que a borracha natural (NR), assim como
uma melhor resistência a altas temperaturas (100 °C) e ao envelhecimento, mas uma menor
flexibilidade e elasticidade a baixas temperaturas (até cerca de -50 °C). No caso das
temperaturas elevadas, os vulcanizados de SBR apresentam um endurecimento e não um
amolecimento como acontece com os vulcanizados de borracha natural. A permeabilidade ao
gás apresentada é elevada mas menor do que a dos vulcanizados de borracha natural
enquanto a resistência química é semelhante à da borracha natural.
31
Borrachas de policloropreno (CR)
As borrachas de policloropreno são obtidas pela polimerização do cloropreno, (2-
cloro-1,3 butadieno) e são conhecidas pelo nome popular de Neoprene, marca registada da
empresa DuPont para este tipo de borracha.
Se o cloropreno for polimerizado sem qualquer aditivo de modificação, o produto obtido
é tão duro e insolúvel que é impossível de processar, tendo, portanto, que se decompor
a cadeia do polímero para permitir pontos de clivagem. Os dois métodos usados para
obter a processibilidade são:
- o processo tipo tiurame ou modificado com enxofre
- o processo modificado sem enxofre, modificação por mercaptano.
A cor (light âmbar, branco suave, cinzento prateado), a densidade e a viscosidade
dependem do tipo de policloropreno. A viscosidade (ML, 1+4 a 100 °C) do policloropreno,
matéria-prima, pode variar de cerca de 34 a 130 unidades.
O policloropreno foi originalmente introduzido no mercado pela DuPont com o nome de
Duprene como uma borracha sintética com boa resistência ao óleo e ao ozono.
Posteriormente, a DuPont apresentou novos tipos de CR com melhores características de
laboração e vulcanização, sob o nome de Neoprene.
Embora a resistência ao óleo das borrachas então existentes tenha sido melhorada com o
aparecimento das borrachas nitrílicas e a resistência ao ozono com o aparecimento das
borrachas EPT (terpolímero de etileno e propileno), a borracha de policloropreno
continuou a ser bastante usada devido à boa combinação de propriedades e
processibilidade apresentada
A DuPont foi durante várias décadas o primeiro e único produtor da borracha de
policloropreno. Introduziu no mercado uma grande variedade de diferentes tipos para
satisfazer as diferentes necessidades da indústria.
Borracha
Policloropreno
32
Borracha de polibutadieno
A borracha de polibutadieno também chamada simplesmente de borracha de
butadieno, é predominantemente baseada no cis-1,4 polibutadieno. A estrutura do
polibutadieno [-CH2-CH=CH-CH2-]n obtido a partir do 1,3 butadieno (CH2=CH-CH=CH2)
indica que, preferencialmente, se dá a adição-1,4 sendo de realçar que a cadeia
carbonada possui, ainda, uma ligação dupla.
O polibutadieno é a única borracha sintética cujos vulcanizados apresentam uma
maior elasticidade que a dos vulcanizados de borracha natural (NR), o que
significa, por outro lado, que a histeresis é limitada e que a resistência à
abrasão e a flexibilidade a baixas temperaturas são superiores. Têm uma resistência
ao calor superior à dos vulcanizados de NR e semelhante à dos vulcanizados de SBR.
Por outro lado, a aderência ao solo de misturas com cerca de 50-60% de BR é
bastante baixa, o que, por vezes, é completamente desaconselhável.
Pela dificuldade de processamento, e para que algumas propriedades dos
vulcanizados baseados em BR possam atingir níveis elevados, a borracha de
polibutadieno é sobretudo usada em misturas com NR ou SBR, conforme já referido.
Estas misturas permitem incorporar maiores quantidades de negro de carbono (negro
de fumo - O negro de carbono, vulgarmente conhecido por negro de fumo, é uma carga
preta reforçante e, com a sílica, uma das cargas mais utilizadas) e de óleo, e
proporcionam a obtenção de maior velocidade de extrusão, maior tensão de rotura e
melhor flexibilidade a baixa temperatura.
Borracha
Polibutadieno
33
Borracha nitrilica
Foi no ano de 1931 que pela primeira vez apareceu uma referência à borracha
nitrilica num documento relativo a uma patente francesa abrangendo a polimerização de
butadieno e acrilonitrilo.
A borracha nitrílica pertence à classe das borrachas especiais resistentes ao óleo
e é um copolímero de butadieno e acrilonitrilo, sendo a polimerização feita por um
processo de emulsão, como o usado para o SBR, podendo ser realizada a quente ou a frio,
obtendo-se os denominados, “hot nitriles” e “cold nitriles” conforme a temperatura é
superior a 30 °C ou se situa entre 5 °C e 30 °C respectivamente.
Borracha
Nitrilica
34
Borracha
Silicone
Borracha de Silicone
Frederick Stanley Kipping (1863-1949) é considerado o fundador da química do
silicone. É por vezes referido que Berzeluis, em 1823, conseguiu isolar o metal
silício e juntamente com Wohler conseguiram sintetizar os primeiros clorosilanos.
Usando a “Grignard Chemistry” desenvolvida por Kipping, Dr. Eugene G. Rochow, da
“General Electric Laboratories”, começou a trabalhar nos metilsilicones em 1938,
tendo descoberto em 1940 o processo directo para a produção dos metilclorosilanos
processo que envolve a reacção do cloreto de metilo com silício (obtido este através
da redução do SiO2) na presença de um catalizador de cobre, sendo o principal produto
da reacção o dimetildiclorosilano que após purificação é hidrolizado obtendo-se uma
mistura de polímeros lineares e cíclicos de baixo peso molecular. O hidrolizado era
originalmente polimerizado com um catalizador ácido, sendo actualmente removidos os
cíclicos numa etape adicional de purificação. Este processo tornou os
metilclorosilanos disponíveis a um custo razoável e tornou possível a actual
indústria de silicone.
35
Propiedades dos vulcanizados de Silicone
Para além da excepcional resistência a temperaturas elevadas, já por várias vezes
referida, devemos igualmente citar outras propriedades, tais como:[
- óptima resistência ao ozono, oxigénio e radiação UV;
- óptimo poder isolante;
- excepcionais características fisiológicas;
- boa resistência a baixa temperatura (de cerca de -55 °C do FMQ até -100 °C para o PMQ e
PVMQ);
- boa estabilidade e boa flexibilidade a baixa temperatura;
- muito permeável ao gás e ao vapor de água;
- propriedades superficiais que tornam a borracha de silicone muito interessante em
contacto com a pele (baixa tensão superficial, hidrofobia e recuperação da hidrofobicidade,
antiaderência e biocompatibilidade.
Particularizando um pouco relativamente à resistência química, referiremos que os
vulcanizados de silicone apresentam:
boa resistência química;
- ao óleo de motor e combustível do tipo alifático;
- ao líquido para travões à base de glicol;
- ao óleo e massa de natureza animal e vegetal;
- ao líquido hidráulico dificilmente inflamável do grupo HFD-R e HFD-S;
- à solução salina diluída.
ausência de resistência;
- aos hidrocarbonetos aromáticos de baixo peso molecular como, por exemplo, o benzeno;
- aos hidrocarbonetos clorados de baixo peso molecular como, por exemplo, o
tricloroetileno;
- ao óleo aromático (com excepção dos vulcanizados de FMQ);
- ao combustível (com excepção dos vulcanizados de FMQ)
Borracha
Silicone
36
Borracha
Poliuretanos
Borracha de poliuretanos (PUR)
Os poliuretanos foram descobertos e desenvolvidos por O. Bayer, inicialmente em
1937 na Alemanha no “Main Scientific Laboratory” da “I.G. Farbenindustrie” e mais tarde
na “Farbenfabriken Bayer”.
O poliuretano, ou simplesmente uretano, distingue-se dos outros tipos de borracha
pela estrutura e pela processabilidade.
A formação do grupo uretano tem por base a reactividade do grupo isocianato, -
N=C=O, com compostos que contenham átomos de hidrogénio activo, como por exemplo, o
álcool ou seja, os isocianatos reagem com o grupo hidroxilo para formarem as ligações em
cadeia de uretano.
Os uretanos são, portanto, uma classe de compostos que têm em comum o grupo
carbamidato, R-NH-C(=O)-O-R' e são, por este facto, formalmente derivados do ácido
carbámico. Formam-se facilmente na reacção do cianato (R-N=C=O) correspondente com o
álcool R'-OH. Utilizando cianatos e álcoois bifuncionais ou polifuncionais obtêm-se os
poliuretanos.
Para a produção do poliuretano utiliza-se principalmente diisocianato, um diol de
cadeia comprida ou poliol e agentes para o alongamento da cadeia. Estes são compostos de
baixo peso molecular que contêm átomos de hidrogénio activo como por exemplo o glicol, a
água e a amina. Para as características do poliuretano são determinantes as relações com
que entram na reacção os polióis, os diisocianatos e os agentes de alongamento da
cadeia. A multiplicidade de combinações possíveis é enorme, derivando daqui diferenças
particulares no processamento e nas características tecnológicas desses mesmos produtos.
Os elastómeros de poliuretano (PUR) têm as características dos elastómeros ou seja, boas
propriedades de tensão a elevados alongamentos, elevada dureza, e normalmente elevada
resistência ao calor, tendo-se tornado por este facto numa classe importante de
materiais orgânicos para muitas aplicações tecnológicas. Com a introdução dos PUR,
tornou-se possível acabar-se com o fosso então existente entre os polímeros tipo
borracha e os polímeros duros.
37
Moldes
Moldes
Os elastómeros adaptam-se a diferentes tipos de moldes, conforme o material que vai
ser trabalhado. Entre os metais, usa-se ferro fundido, com a desvantagem que a sua
porosidade pode interferir no resultado da peça final. Alumínio, zinco e cobre têm boa vida
útil, mas sofrem a ação do calor. Os moldes podem também ser de plástico, polietileno,
polipropileno, plástico reforçado (resina poliéster insaturado com fibras de vidro) e o
próprio PU, indicado para pequena produção. Porém, esses moldes plásticos não são tão
resistentes e deformam-se, podendo serem substituídos. O mais indicado para os moldes acaba
por ser o aço carbono, que possui uma relação custo-benefício mais satisfatória.
39
Conclusão
Conclusão
Este trabalho serviu para que tivéssemos uma ideia generalizada do processo para
chegar aos elastómeros e da importância que eles têm na indústria de materiais.
Apesar dos imensos termos técnicos que um designer não é obrigado saber, o trabalho
foi um motivo para, pelo menos, entendermos o modo como os elastómeros podem ser usados no
design de produto e industrial e o seu potencial enquanto material multifacetado.
Concluindo, os elastómeros naturais ou sintéticos, “ganham pontos” de acordo com o
processo que melhora as suas qualidades e propriedades – a vulcanização. Há ainda que ter
em conta o reverso da medalha e procurar desenvolver materiais sustentáveis, pois
aumentando as qualidades dos elastómeros, ao aumentar as suas capacidades, a indústria
interfere directamente com o meio ambiente, uma vez que em ambiente natural, os
elastómeros comuns demoram cerca de 1 milhão de anos para se degradarem.
40
Bibliografia
http://www.tecnologiademateriais.com.br/consultas_tm/elastomeros/vantagens.html
http://eng-de-materiais-ufc.forum-livre.com/historia-dos-materiais-f9/breve-historia-
t17.htm#bottom
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ci%C3%AAncia_dos_materiais
http://www.demat.ist.utl.pt/departamento/historia/historia2.html
http://www.rubberpedia.com/