Polímeros / Elastómeros / Borrachas

Introdução aos Polímeros, Elastómeros e Borrachas

::: Por Manuel Morato Gomes

DEFINIÇÃO DOS TERMOS POLÍMERO, ELASTÓMERO E BORRACHA

Os termos polímero, elastómero e borracha são definidos, de acordo com a “Norma ISO 1382:1996 - Rubber Vocabulary” como:

Polímero - Substância composta por moléculas caracterizadas pela repetição múltipla de uma ou de várias espécies de átomos ou de grupos de átomos ligados entre si em quantidade suficiente para conferir um conjunto de propriedades que não variam de uma forma marcada por adição ou remoção de uma ou de algumas unidades constitutivas;

Elastómero - Material macromolecular que recupera rapidamente a sua forma e dimensões iniciais, após cessar a aplicação de uma tensão;

Borracha - Elastómero que já está ou pode ser modificado para um estado no qual é essencialmente insolúvel, se bem que susceptível de aumentar de volume num solvente em ebulição, tal como benzeno, metiletilcetona e etanol-tolueno azeotrópico, e que, no seu estado modificado, não pode ser reprocessado para uma forma permanente por aplicação de calor e pressão moderadas.

Nem todos os polímeros amorfos são elastómeros. Alguns são termoplásticos, dependendo a classificação da temperatura de transição vítrea, T_g, definida como a temperatura acima da qual um polímero se torna mole e dúctil e abaixo da qual se torna duro e quebradiço, tipo vidro. Podemos dizer, como regra geral só aplicável a polímeros amorfos, que um polímero amorfo que tenha uma T_g inferior à temperatura ambiente será um elastómero, enquanto que um polímero amorfo que tenha uma T_g superior à temperatura ambiente será um termoplástico.

A propriedade predominante dos elastómeros é o comportamento elástico após deformação em compressão ou tracção. É possível, por exemplo, esticar um elastómero até dez vezes o seu comprimento inicial, e após remoção da tensão aplicada, verificar que ele voltará, sob circunstâncias ideais, à forma e comprimento originais.

O perfil das propriedades que pode ser obtido depende fundamentalmente do elastómero escolhido, da formulação do composto utilizada, do processo de produção e da forma e desenho do produto. As propriedades que definem um elastómero só podem ser obtidas usando compostos adequadamente formulados e após vulcanização subsequente ^[1].

Elastómeros, ou borrachas, são classes de materiais que, como os metais, as fibras, as madeiras, os plásticos ou o vidro são imprescindíveis à tecnologia moderna.

Relativamente ao termo borracha que abrange um grande número de compostos macromoleculares que podem ser reticuláveis para formar estruturas tridimensionais, deve referir-se que é usual dizer-se que “A borracha, matéria-prima, está para os compostos de borracha assim como a farinha está para o pão” ^[2], pretendendo-se assim frisar que, apesar da escolha dos aditivos utilizados e da quantidade usada de cada um deles num composto poderem originar variações consideráveis nas propriedades do produto final, a característica determinante é dada pela borracha utilizada nesse composto.

O termo “borracha” tinha inicialmente por significado, somente borracha natural e o termo “vulcanização” somente reticulação com enxofre. Face ao aparecimento de muitas borrachas sintéticas e de novos sistemas de reticulação, o alcance daqueles termos foi alargado, para que passem a ser termos genéricos. As borrachas, matéria-prima, podem ser transformadas em elastómeros pela vulcanização.

SEGUNDO A NORMA DIN 53501

A Norma DIN 53501 define os termos borracha (matéria-prima), elastómero (borracha) e vulcanização de acordo com critérios baseados no produto final da seguinte forma ^[3]:

• Borracha (matéria-prima) - as borrachas (matéria-prima) são polímeros não reticulados, mas reticuláveis (vulcanizáveis) e que são “rubber-elastic” à temperatura ambiente e, dentro de certos limites, em gamas adjacentes de temperatura. A temperaturas elevadas e/ou sob a influência de forças de deformação, a borracha, matéria-prima, mostra, de modo crescente, um fluxo viscoso que a torna capaz, sob condições adequadas, de sofrer processos de modelação. A borracha, matéria-prima, é o material de partida para a manufactura de elastómeros (borracha).

• Elastómeros (borracha) - os elastómeros são materiais poliméricos reticuláveis, a temperaturas inferiores à sua temperatura de decomposição. São duros e tipo vidro a baixas temperaturas e não são sujeitos a fluxo viscoso a altas temperaturas. Em vez disso, especialmente à temperatura ambiente, eles comportam-se de maneira “rubber-elastic”. Este comportamento é caracterizado pelos relativamente baixos valores de módulo de corte que são pouco dependentes da temperatura.

• Vulcanização - a vulcanização é um processo de reticulação pelo qual a estrutura química da borracha, matéria-prima, é alterada. A mudança de estado torna o material elástico, restaura a elasticidade possuída no início pelo material ou alarga o intervalo de temperaturas em que a elasticidade é observada de princípio ao fim.

REQUISITOS DAS BORRACHAS

As borrachas, para além da sua capacidade para formar estruturas reticuladas tridimensionais, têm que satisfazer os seguintes requisitos ^[1]:

• Possuir preferencialmente longas cadeias moleculares;

• O segmento individual da cadeia deve ser flexível para ter movimento Browniano, à temperatura ambiente. Assim, as moléculas assumem alguma conformação estatisticamente ordenada quando são sujeitas a tensões de tracção. Uma vez essa tensão removida, elas retomam a sua conformação aleatória (estado de entropia máximo), podendo o processo de deformação ser descrito termodinamicamente, considerando que sob condições ideais, a energia interna do sistema não sofre alteração.

[pela primeira lei da termodinâmica temos que dF = dU - Tds, em que dU é a componente energética e Tds a componente entrópica, e como, pelas condições ideais da elasticidade da borracha, dU=0, obtemos dF = - Tds, relação que mostra que o processo de deformação de um material elastomérico ideal é exclusivamente associado a alterações na entropia de configuração da cadeia do polímero, ou seja, é uma elasticidade entrópica. Após remover a tensão que causa a deformação, a configuração aleatória original é espontaneamente reassumida.]

A borracha deve ser predominantemente amorfa à temperatura ambiente, para que a flexibilidade da cadeia não seja inibida pela cristalização. Isto conduz aos requisitos adicionais:

• A temperatura de transição vítrea, T_g, deve ser inferior a -50°C;

• Deve haver uma interacção entre cadeias moleculares, para que não se possam mover de uma forma inteiramente livre e independente. Nas borrachas vulcanizadas, há uma interacção adicional devida à formação de pontes intermoleculares (ligação química que reduz a mobilidade das cadeias), que melhoram a resistência à tracção e a elasticidade ^[1];

• Devem ter uma distribuição do peso molecular tão larga quanto possível, para que possam ser processadas utilizando as máquinas convencionais ^[1].

CLASSIFICAÇÃO DAS BORRACHAS

As borrachas podem ser classificadas em grupos, usando uma nomenclatura considerada satisfatória, Norma DIN/ISO 1629, e apresentada na tabela seguinte ^[3]. Fornecemos também, na mesma tabela, algumas indicações de polaridade e grau de saturação ^[4]:

» Tabela de Classificação das Borrachas

A escolha da borracha base para a execução de uma formulação é fortemente determinada pelo comportamento pretendido no que respeita ao amortecimento, à rigidez, à resistência a temperaturas elevadas ou baixas, à resistência a óleos, à resistência ao ataque químico e por algumas das características apresentadas após envelhecimento.

De uma forma simples, dividimos as borrachas em grupos em função da sua resistência a óleo e ao calor.

» Tabela de Resistência a Óleo e ao Calor das Borrachas

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