Polímeros / Elastómeros / Borrachas

Borracha de Policloropreno (CR)

::: Por Manuel Morato Gomes

SOBRE A BORRACHA 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 ^[1].

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 ^[1].

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 ^[2].

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.

FAMÍLIAS DE NEOPRENE

A primeira divisão das borrachas de Neoprene foi feita considerando o grupo destinado ao fabrico de adesivos e o grupo para aplicação geral na indústria, subdividido este último em três famílias, a família G, a família W e a família T ^[2].

Dentro da família G, os graus mais típicos são o Neoprene GN com pouca estabilidade enquanto matéria-prima pelo que não aguenta muito tempo de stock nessa situação, o Neoprene GNA e o Neoprene GT, estes com melhor resistência à cristalização, embora pequena ^[2].

Os Neoprenes da família W possuem melhor estabilidade de armazenagem e maior resistência à cristalização, fruto da modificação com mercaptano sofrida durante a sua produção, ou seja, durante a polimerização. Têm também uma distribuição mais uniforme do peso molecular e necessitam normalmente de aceleradores orgânicos para que a vulcanização seja razoavelmente rápida. Os graus mais típicos na família W, são o Neoprene W, o Neoprene WHV e o Neoprene WK. O Neoprene WRT é o mais resistente à cristalização ^[2].

Na família T, podemos citar o Neoprene TW e o Neoprene TRT, ambos semelhantes ao Neoprene tipo W e contendo uma fracção de polímero gel para melhorar o seu comportamento. São resistentes à cristalização e necessitam de aceleradores orgânicos. Apresentam muito pouco nervo e uma baixa contracção ^[2].

Para mais fácil comparação, podemos resumir as características da borracha (matéria-prima) e dos vulcanizados obtidos de cada uma das família anteriormente referidas, tipo G, tipo W e tipo T, na tabela seguinte ^[3].

Tabela I - Características das famílias de Neoprene

CRISTALIZAÇÃO DO POLICLOROPRENO

A borracha de policloropreno tem uma tendência acentuada para a cristalização. Este processo baseia-se na tendência à formação de cristais na macromolécula e manifesta-se por um endurecimento mais ou menos forte durante a conservação da borracha, da mistura crua ou do vulcanizado à temperatura ambiente e sobretudo a baixa temperatura. A tendência à cristalização é maior na borracha ainda não trabalhada, podendo ser diminuída com a introdução de plastificantes ou resinas adequadas. O endurecimento provocado pela cristalização só é uma vantagem para a fabricação de colas de contacto, preferindo-se, neste caso, os graus com forte tendência à cristalização ^[1].

A cristalização é uma propriedade inerente às borrachas de policloropreno, embora uns tipos cristalizem mais rapidamente do que outros ^[3]. À medida que a cristalização se desenvolve, ocorre uma pequena diminuição de volume, e o provete sob tensão tende a relaxar e a alongar na direcção da tensão. A cristalização não tem lugar a altas temperaturas porque as forças de orientação são dominadas pelo movimento molecular vigoroso. A cristalização é um fenómeno completamente reversível, bastando aquecer um provete cristalizado a uma temperatura superior àquela á qual ocorreu a cristalização para que esta desapareça e o provete readquira a sua macieza e flexibilidade ^[3].

PROPRIEDADES

Os vulcanizados obtidos com base em borracha de policloropreno apresentam boa resistência à intempérie, ao ozono, ao envelhecimento e aos agentes químicos. Apresentam, ainda, boas características mecânicas e uma boa elasticidade a temperaturas baixas da ordem dos -40 °C, para além de serem muito pouco inflamáveis e apresentarem uma boa resistência a temperaturas da ordem dos 100 °C ou, por breves períodos, de 120 °C. A permeabilidade ao gás é muito inferior à da NR, IR e SBR aproximando-se da permeabilidade das borrachas de acrilonitrilo butadieno (NBR). No tocante à resistência química, os vulcanizados de policloropreno apresentam uma boa resistência química aos óleos parafínicos, uma média resistência química aos óleos nafténicos e hidrocarbonetos alifáticos e uma fraca resistência aos hidrocarbonetos aromáticos, hidrocarbonetos clorados e solventes polares ^[1].

A borracha de policloropreno tem muitas características superiores às apresentadas pela borracha natural e por muitas outras borrachas sintéticas. Apresenta, em resumo, uma gama excelente de propriedades em geral, seja nas propriedades físicas, seja na resistência que oferece aos mais diversos factores exteriores, tais como o calor, o ozono, a chama e a resistência a óleos e, por isso, é usada em muitas e nas mais diversas aplicações.

A borracha de policloropreno (CR) possibilita a obtenção de produtos de borracha que satisfaçam, de acordo com a NORMA ASTM D 2000, aos requisitos exigidos para os produtos do tipo B e das classes C e E.

» Interpretação da Norma ASTM D 2000

» Norma ASTM D 2000

CONSIDERAÇÕES SOBRE AS FORMULAÇÕES DE POLICLOROPRENO (CR)

As formulações da borracha de policloropreno (CR) podem ser baseadas somente em borracha de policloropreno ou em combinações dela com outras borrachas, tais como e nomeadamente, com borracha natural (NR) ou com borracha de acrilonitrilo butadieno (NBR). As percentagens usadas dependem das propriedades que pretendemos atingir.

Podemos utilizar diferentes graus de borracha de policloropreno, desde os graus para usos gerais, os graus modificados por dissulfureto de xantogénio, os graus pré-reticulados e os graus modificados com enxofre, apresentando todos eles várias possibilidades quer para a tendência para a cristalização que pode variar, de uma forma geral, entre muito baixa e média, quer igualmente para o valor da viscosidade. Por vezes os algarismos presentes na designação do tipo da borracha têm um significado concreto. Por exemplo no caso dos diferentes graus do Baypren ALX (Baypren produzido pela ARLANXEO), o primeiro dígito refere a tendência para cristalizar, o segundo dígito a viscosidade e o terceiro dígito refere-se á identificação de graus considerados especiais porque sofreram alterações operadas sobre a viscosidade ou sobre a tendência a cristalizar.

Nas formulações baseadas em borracha de policloropreno usam-se, com frequência, Negros de Carbono e/ou Cargas Brancas, tal como acontece com a maioria das borrachas. Salientamos dentro dos Negros de Carbono usados os seguintes:

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

N 330, HAF, High Abrasion Furnace

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

N 550, FEF, Fast Extrusion Furnace

N 539, FEF – LS, Fast Extrusion Furnace – low structure

N 660, GPF, General Purpose Furnace

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

N 772, SRF – LM , Semi-Reinforcing Furnace, Low Modulus

N 990, MT, Medium Thermal

Dentro das várias Cargas Brancas, citamos, entre outras, o Talco, o Carbonato de Cálcio, a Silica, o CAULINO e o Silicato de Alumínio. O tipo e a quantidade usada, depende, obviamente, das propriedades pretendidas.

Nas formulações de borrachas de policloropreno, como em muitas outras, é frequente a utilização de um óleo plastificante. É necessário, todavia, ter em atenção que o óleo aromático é muito compatível com as borrachas de policloropreno, o óleo nafténico é moderadamente compatível e o óleo parafínico é incompatível. Não devemos utilizar um óleo que, por especificação, seja só moderadamente nafténico porque esse óleo também é incompatível com a borracha de policloropreno. No caso concreto de formulações de policloropreno destinadas à obtenção de moldados expandidos é frequente o uso do negro de carbono N 550 sózinho ou de misturas de N330 (ou N339) com cargas brancas, tais como sílica, caulino ou silicato de alumínio em conjunto com óleo aromático ou nafténico.

As formulações de borracha de policloropreno (CR) 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 uso final da formulação, dado que a nossa escolha tem obrigatoriamente de ter sempre em atenção a especificação a cumprir e as diferentes fases de processamento do que pretendemos produzir. Devemos referir, igualmente, que a vulcanização das borrachas de policloropreno é normalmente realizada pela acção de óxidos metálicos, ocupando o par óxido de zinco/óxido de magnésio um papel muito importante pelo que está presente na maioria das formulações baseadas em policloropreno. Devemos igualmente referir que a presença do óxido de magnésio aumenta, também, a resistência das formulações à pré-vulcanização, o que é um factor sempre vantajoso. Dentro dos sistemas de vulcanização usados, podemos citar, por exemplo e para além da já referida presença dos óxidos de zinco e de magnésio, as seguintes combinações de aceleradores:

TMTD (Dissulfureto de tetrametil tiurame) e ETU (Etileno tioureia)

TMTD (Dissulfureto de tetrametil tiurame) e HMTA (Hexametilenetetramina)

ETU (Etileno tioureia) e DPG (Difenilguanidina)

ETU (Etileno tioureia), TMTM (Monosulfureto de tetrametil thiurame) e DOTG (Diortofenilguanidina)

MBTS (Dissulfureto de dibenzotiazilo) e DPG (Difenilguanidina)

O enxofre pode ou não estar presente, mas quando é usado, só o é em pequenas quantidades como, por exemplo, de 0,2 a 0,4 phr.

Nas formulações destinadas à obtenção de produtos moldados expandidos é frequente o uso de ETU (Etileno tioureia).

Apresento, seguidamente e com a única finalidade de ajudar, alguns sistemas de aceleração para CR, relembrando que cada caso é um caso e que se trata somente de indicações genéricas

APLICAÇÕES

A borracha de policloropreno é muito usada no fabrico de apoios para pontes devido à forte exigência da especificação a cumprir, NORMA EN 1337-3:2005 — Structural bearings. Elastomeric bearings .

» NORMA EN 1337-3:2005 — Structural bearings. Elastomeric bearings

A borracha CR também é muito usada, no fabrico de materiais anti-vibrações, juntas para comportas de barragens, correias de transmissão, defensas, tubos, foles e outras peças para a indústria automóvel e indústria em geral. Também é muito utilizada nos revestimentos de rolos, revestimentos resistentes ao calor, revestimento de tecidos para a obtenção de uma maior resistência à chama, revestimentos de fios eléctricos e de cabos eléctricos, revestimentos condutores de mangueiras e fabrico de mangueiras para aplicação nos sistemas de travagem. Além disso, a borracha de policloropreno também é bastante consumida no fabrico de solas para calçado de segurança e para aplicações marítimas, nomeadamente e em grande escala e com enorme sucesso, no fabrico de fatos de mergulho.

A borracha de policloropreno, tal como a borracha natural e como a borracha de butadieno estireno e tantas outras, possibilita com facilidade a obtenção de produtos moldados expandidos o que, para certas aplicações, é uma vantagem.

Os adesivos baseados em policloropreno têm uma aplicação significativa no mercado devido à sua fácil aplicação e à rápida obtenção de uma forte adesão.

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