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Borracha Natural (NR)

::: Por Manuel Morato Gomes

SOBRE A BORRACHA NATURAL

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 ^[1].

A borracha natural foi a primeira e única borracha a ser utilizada até 1927, sendo o seu interesse actual não simplesmente 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 ^[2].

A borracha natural comercial tem uma pequena quantidade, 4 a 9%, de outros constituintes ^[3]. Destes, os mais importantes são os antioxidantes naturais e activadores de vulcanização representados pelas proteínas e ácidos gordos. Na tabela I indica-se a composição típica da borracha natural, NR.

Tabela I - Composição típica da borracha natural ^[3]

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 ^[2]. O isopreno é um sinónimo comum do composto químico 2-metil-1,3 butadieno.

Devido à regularidade da sua estrutura, 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” ^[1]. Estas ligações duplas podem, no entanto, entrar em reacções adicionais com o oxigénio ou o ozono para degradar (envelhecer) os compostos.

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.

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) ^[3].

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 com metabissulfito de sódio e TSR10, TSR 20 e TSR 50. Dentro dos TSR temos que considerar os TSR-CV que são geralmente mais macios e que, em função da viscosidade apresentada não necessitam do processo de pré-mastigação, originando, em moinho aberto, a formação, rapidamente, de uma banda contínua. A redução do tempo de misturação é uma vantagem deste tipo de borracha natural. Devemos referir, ainda, os TSR-L que são uma borracha de cor clara produzida a partir de látex de alta qualidade, com baixo teor de cinzas e de impurezas. As características mais relevantes dos TSR-L são a sua cor clara e uma excelente resistência ao envelhecimento térmico, além de uma elevada resistência à tracção, elevado modulo e excelente alongamento na rotura.

» Borrachas Tecnicamente Especificadas - TSR

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.

PROPRIEDADES 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. Apresenta alta permeabilidade ao gás, resistência limitada ao envelhecimento e ao ozono. Não é resistente a agentes oxidantes como por exemplo o ácido nítrico, a óleos minerais e a 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 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. A borracha natural é classificada, de acordo com a NORMA ASTM D2000, como do tipo A e da classe A.

» Norma ASTM D 2000

CONSIDERAÇÕES SOBRE AS FORMULAÇÕES DE NR

As formulações de borracha natural (NR) podem ser baseadas somente em borracha natural ou em combinações dela com outras borrachas, tais como, borracha de Butadieno Estireno (SBR) com normal ou elevado teor de estireno ou com borracha de Polibutadieno (BR), combinações frequentemente usadas, ou mais raramente com outros tipos de borrachas, como por exemplo, borracha de Acrilonitrilo Butadieno (NBR), borracha de Etileno-Propileno-Dieno (EPDM) ou borracha de Policloropreno (CR), entre outros. As percentagens relativas usadas nas combinações dependem das propriedades que pretendemos atingir.

Nas formulações de borracha natural usam-se com frequência Negros de Carbono e /ou Cargas Brancas. Salientamos dentro dos Negros de Carbono os seguintes:

N 220, ISAF-HM, Intermediate Super Abrasion Furnace, High Modulus

N 326, HAF-LS, High Abrasion Furnace, Low Strucrure

N 330, HAF, High Abrasion Furnace

N 339, HAF-HS, High Abrasion Furnace, High Structure

N 550, FEF, Fast Extrusion Furnace

N 762, SRF-LM-NS, Semi-Reinforcing Furnace, Low Modulus, Non-Staining

Dentro das várias Cargas Brancas, citamos, entre outras, o Carbonato de Cálcio, o Caulino, a Sílica, o Óxido de Zinco, o Hidróxido de Alumínio e o Talco. O tipo e a quantidade usada depende, obviamente, das propriedades pretendidas. As formulações de borracha natural (NR) necessitam também e como a grande maioria de todas as outras formulações, de antioxidantes, antiozonantes, auxiliares de processamento, enxofre e aceleradores.

» Antioxidantes e Antiozonantes

» Auxiliares de Processamento

» Introdução à Vulcanização

» Vulcanização com Enxofre

Quando abordamos a escolha do sistema de vulcanização devemos ter muita atenção ao fenómeno da reversão que ocorre com muita frequência na borracha natural e que se traduz na redução das propriedades mecânicas devido à diminuição do número de reticulações formadas.

Dentro dos sistemas de vulcanização usados, podemos citar, entre outros, os seguintes:

Enxofre e MBS, 2-(4-tiomorfolina) benzotiazol

Enxofre, Hexametileno Tetramina e DCBS, 2-(4-tiomorfolina)benzotiazol sulfenamida

Enxofre e CBS, N-ciclohexil benzotiazil sulfenamida

Enxofre, CBS e TMTM, ou seja, o sistema anterior mais a introdução de TMTM, monossulfureto de tetrametil thiurame

Enxofre, CBS e DOTG, isto é, a combinação do enxofre com o CBS, N-ciclohexil benzotiazil sulfenamida e o DOTG, di-orto-tolilguanidina

Enxofre, MBTS e DPG, ou seja, a combinação de enxofre com MBTS, dissulfureto de mercaptobenzotiazol ou dissulfureto de dibenzotiazilo e com o DPG, difenilguanidina.

Enxofre, TBBS e TMTD, ou seja, a combinação de enxofre com TBBS, N-tert-butil-2-benzotiazol sulfenamida, e o dissulfureto de tetrametil thiurame

Enxofre, TBBS e ZDMC, ou seja, a combinação de enxofre com TBBS, N-tert-butil-2-benzotiazol sulfenamida, e o dimetil ditiocarbamate de zinco

Enxofre, TBBS e ZDEC, ou seja, a combinação de enxofre com TBBS, N-tert-butil-2-benzotiazol sulfenamida, e o dietil ditiocarbamate de zinco

Vamos aperesentar para análise e estudo uma tabela que mostra a comparação de aceleradores secundários numa formulação de borracha natural constituída por 100 phr de NR, 40 de FEF, 10 de óleo aromático, 5 de óxido de zinco, 1,5 de ácido esteárico e 2 de 6PPD, no que diz respeito a propriedades diversas como T90 a 145ºC (minutos), modulo a 100% (MPa) e alongamento na rotura (%).

COMPARAÇÃO DE ACELERADORES SECUNDÁRIOS NUMA FORMULAÇÃO DE NR ^[4]

APLICAÇÕES

A borracha natural, embora cada vez mais substituída por borracha de de Policloropreno (CR) no fabrico de apoios para pontes, continua a ser bastante usada para a fabricação 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;
- Aderência eficaz aos metais.

A borracha natural continua a ter um uso muito significativo nas formulações destinadas a pneus novos e, igualmente, para a indústria de recauchutagem. Devemos referir igualmente, a utilização no fabrico de correias transportadoras, no fabrico de sacos para água quente, no fabrico de elásticos, no revestimento de vários tipos de rolos, nomeadamente para a indústria do papel, na produção de barbatanas e de juntas para as máquinas de lavar.

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