Borrachas – química e tecnologia
Borrachas – química e tecnologia
Largamente utilizada no mundo todo, a borracha é um material de enorme importância econômica e estratégica. Os transportes, a indústria química, a engenharia e a indústria elétrica e eletrônica são grandes consumidores de borracha. As borrachas podem ser naturais, extraídas sobretudo da seringueira Hevea brasilensis, e sintéticas, obtidas principalmente a partir de derivados de petróleo.
A borracha é um polímero, o que significa que é um produto composto por moléculas formadas a partir de uma mesma unidade estrutural repetidas um grande número de vezes e ligadas quimicamente entre si. Existem três classes de polímeros: das borrachas, dos plásticos e das fibras sintéticas. O polímero que forma a borracha natural é o cis-1,4-poliisopreno. Tipos diferentes de borracha são formados por diferentes polímeros.
Em seu processamento industrial, as borrachas recebem vários aditivos, alguns inertes, outros de reforço de estrutura, e alguns que conferem cor, odor e resistência, entre diferentes características. Cada ingrediente desempenha uma função específica com o correspondente impacto nas propriedades, na processabilidade e no preço do produto final. Para obter os resultados que deseja, a indústria da borracha segue uma formulação conhecida como “receita”. O resultado final da mistura terá as características predeterminadas.
A borracha natural é produzida principalmente em países em desenvolvimento ou subdesenvolvidos; a Ásia produz 85% da borracha natural comercializada no mundo, e seus principais países produtores são Tailândia, Indonésia, Malásia, China, Índia e Vietnam. Depois dos asiáticos vêm os países africanos como maiores produtores. O Brasil produz apenas 1% da borracha natural consumida no mundo, com 108 mil toneladas em 2008, de acordo com o International Rubber Study Group. O maior consumo da borracha natural está concentrado em países desenvolvidos ou em processo de industrialização, como China, Estados Unidos, Japão e Índia.
A indústria automobilística é a maior consumidora de borrachas, mas outros setores produtivos também se destacam, como os de calçados, mineração e siderurgia, eletroeletrônicos e eletrodomésticos, de entretenimento (para fabricação de brinquedos, máscaras, balões), saúde (para produção de luvas cirúrgicas, preservativos, tubos cirúrgicos, bicos de mamadeira), indústria petroquímica, construção civil e saneamento.
Borracha natural – A borracha natural (NR) é obtida por coagulação do látex principalmente de árvores do gênero Hevea brasiliensis (seringueira). O polímero da borracha natural é o cis-1,4-poliisopreno. A borracha natural é um elastômero natural, o que significa que ela é um polímero que tem como principal característica a elasticidade. Além do polímero, estão presentes na borracha natural várias outras substâncias químicas, como proteínas, substâncias resinosas e umidade, que lhe conferem alguns aspectos indesejados como, por exemplo, o odor.
A seringueira leva aproximadamente 7 anos até atingir a idade de produção, e pode continuar a fornecer látex durante vários anos. A coleta e o processamento do látex requerem considerável mão de obra. O látex é obtido fazendo-se incisões na árvore e o líquido se acumula em pequenas tigelas que devem ser recolhidas com freqüência para evitar a putrefação e a contaminação. O látex recolhido é levado para unidades de processamento, onde é coado e recebe o preservativo NH3 (amônia). A borracha é separada por um processo conhecido como coagulação, que ocorre quando se adicionam ácidos ou sais ao látex; a borracha se separa do líquido na forma de uma massa branca, pastosa, que é moída e calandrada para remover contaminantes e secar. A borracha comercial é vendida em fardos, sendo suficientemente estável para ser estocada por anos.
Existem diversos tipos de borracha natural, cujas características dependem do método de obtenção. Normalmente, os tipos de borracha natural obtidos via látex apresentam melhor qualidade, mas são mais caros. A borracha natural é mais elástica, chegando a atingir alongamento de 900% em relação ao comprimento inicial. A flexibilidade e a resiliência (capacidade de voltar à forma original) são outras características da borracha natural.
A faixa de temperatura que o produto de borracha natural suporta vai de -20°C a +70°C. A borracha natural perde suas qualidades quando em contato com derivados de petróleo, como solventes, óleos, combustíveis e lubrificantes, ozônio, radiação solar (UV) e quando exposta às intempéries, como variação de temperatura, gases, poeira e umidade. Suas principais aplicações são em pneus e na indústria automobilística, em peças técnicas, como buchas, bicos de mamadeiras e chupetas, solados e indústria calçadista, construção civil, artigos médico-hospitalares, artigos esportivos e adesivos.
Vulcanização – Antes da descoberta da vulcanização, em 1839, a borracha natural já era utilizada para a fabricação de muitos produtos, como luvas, calçados e capas impermeáveis. A borracha, no entanto, apresentava vários inconvenientes que inviabilizavam seu uso em larga escala: era difícil de ser moldada, os produtos ficavam moles e pegajosos no calor, rígidos e sem flexibilidade no frio, tinham baixa resistência à luz e aos líquidos, e para piorar, adquiriam odores desagradáveis com o passar do tempo. Com tantos problemas, os produtos de borracha passaram a ser rejeitados pelos consumidores.
A descoberta da vulcanização por Charles Goodyear (foto), nos Estados Unidos, revolucionou a indústria desse material. “A borracha crua tratada com enxofre, acima do seu ponto de fusão transforma a borracha de um estado original plástico a um outro elástico, com características dimensionais estáveis e com habilidade de suportar variações na temperatura” escreveu Goodyear, ao relatar sua descoberta, depois de anos de pesquisas. A palavra vulcanização faz referência a Vulcano, deus do fogo na mitologia romana. Submetida a altas temperaturas, a borracha reage com o enxofre para produzir um produto que contém uma rede de ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. O cruzamento entre as moléculas se dá por pontes de dissulfeto, como mostra a figura abaixo.
Durante a vulcanização, as moléculas da borracha são ligadas umas às outras e formam uma rede tridimensional de macromoléculas por meio de ligações cruzadas entre elas, o que reduz a mobilidade e o movimento. O artefato de borracha adquire, então, uma forma fixa, não mais moldável, porém, ainda flexível e elástica. O material não amolece em temperaturas elevadas ou congela no frio, e torna-se mais resistente quimicamente.
O próprio processo de vulcanização passou por uma longa evolução. No início eram necessárias grandes quantidades de enxofre e tempos de cura relativamente longos e os produtos adquiriam uma coloração indesejada. A grande evolução aconteceu com o desenvolvimento de aceleradores, no início do século XX, que aumentaram a velocidade da vulcanização. O nível de enxofre pôde ser reduzido sem prejuízo para as propriedades físicas do vulcanizado, e obteve-se maior resistência ao envelhecimento. Produtos vulcanizados transparentes ou coloridos foram obtidos. Se o processo de vulcanização durava até 5 horas quando foi descoberto, hoje o tempo passou para apenas alguns minutos, dependendo do tipo de acelerador e das características desejadas para o produto final.
Existem processos de vulcanização sem enxofre que usam peróxidos orgânicos, óxidos metálicos e substâncias bifuncionais, como a resina p-quinona-dioxima, a trietilenotetramina, e a hexametilenodiamina.
Borrachas sintéticas – As borrachas sintéticas são materiais elastoméricos que possuem capacidade de retornar à forma original quando submetidos a um esforço ou deformação externa, ou seja, são produtos com grande elasticidade. Foram desenvolvidas nas primeiras décadas do século XX nos Estados Unidos e na Alemanha, como substitutas da borracha natural.
As borrachas sintéticas têm como base os copolímeros (polímeros derivados de mais de uma espécie de monômero) de estireno e butadieno. A primeira borracha sintética foi a SBR – elastômero de estireno-butadieno – que não tinha todas as propriedades da borracha natural, mas custava muito menos. Assim como a borracha natural, a borracha sintética também pode ser submetida à vulcanização. Estados Unidos, China e Japão são os principais produtores e consumidores de borrachas sintéticas no mundo, enquanto Rússia, Alemanha, Brasil, França e Coréia do Sul são importantes consumidores.
Leia mais sobre as borrachas sintéticas SBR, BR, EPDM, NBR, SBCs, PTE e borrachas especiais.
Fabricação – A fabricação de artefatos de borracha normalmente é feita em quatro etapas: mistura das matérias-primas, moldagem ou conformação da massa, vulcanização e acabamento.
Os compostos de borracha geralmente são formulados a partir da mistura da matéria-prima base (borrachas natural ou sintética) e aditivos químicos, como agentes de vulcanização (geralmente enxofre), aceleradores de reação de vulcanização (catalisadores), plastificantes, cargas minerais, pigmentos e outros produtos auxiliares. A moldagem pode ser realizada por processos de injeção, extrusão ou prensagem. A vulcanização ocorre, normalmente, entre 150°C e 180°C. Com a vulcanização, o material passa do estado plástico para o elástico, e adquire características definidas e estáveis de dureza, resistência mecânica e elasticidade, entre outras.
A presença do profissional da química é fundamental na indústria de borrachas. Ele atua no desenvolvimento da formulação da borracha, no controle de qualidade das matérias-primas e dos produtos, e durante todo o processo industrial.
A descoberta da borracha
Vocabulário
Leia mais
- ANDRADE, Cristina T. et al. Dicionário de Polímeros. Ed. Interciência, 2001;
- ROCHA, Edmundo; LOVISON, Vivia; PIEROZAN, Nilso José. Tecnologia de Transformação de Elastômeros – Fiergs/Senai, Centro Tecnológico de Polímeros, São Leopoldo, 2007;
- GRISON, Élyo; BECKER, Emilton; SARTORI, André. Borrachas e seus aditivos – Componentes, influências e segredos. 1ª ed. Porto Alegre: Suliani Letra & Vida, 2010;
- SHREVE, R. Norris; BRINK, Joseph A. Jr. – Indústrias de Processos Químicos. Ed. Guanabara, 1980;
- MARINHO, Jean Richard D – Macromoléculas e Polímeros. Ed. Manole, 2005.
Texto produzido pela Assessoria de Comunicação e Marketing do CRQ-IV/SP, sob a supervisão do Dr. Antonio Carlos Massabni, professor titular aposentando do Instituto de Química da Unesp de Araraquara e Paulo Garbelotto, Engenheiro de Materiais, Gerente Comercial, Marketing, Desenvolvimento de Negócios – Rhodia Silica
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