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

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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.

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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

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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.

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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.

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Fig. 3 Borracha termo plástica Fig. 4 elastômeros de várias cores

Imagens

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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.

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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/