Indústria da Borracha

História:

A primeira fábrica de produtos de borracha surgiu na França no ano de 1803. Contudo, o material ainda apresentava algumas desvantagens: à temperatura ambiente, a goma mostrava-se pegajosa. Com o aumento da temperatura, a goma ficava ainda mais mole e pegajosa, ao passo que a diminuição da temperatura era acompanhada do endurecimento e rigidez da borracha;

Anos mais tarde, os estudos desenvolvidos pelo cientista Charles Goodyear desenvolveu o processo de vulcanização através do qual a resistência e a elasticidade da borracha foram aprimorados;

Mas foram os índios centro-americanos os primeiros a descobrir e fazer uso das propriedades singulares da borracha natural. Entretanto, foi na floresta amazônica que de fato se desenvolveu a atividade da extração da borracha, a partir da seringa ou seringueira (Hevea brasiliensis), uma árvore que pertence à família das Euphorbiaceae, também conhecida como árvore da fortuna;

Primeiro ciclo da borracha (1879-1912):

Desde o início da segunda Metade do século XIX, a borracha passou a exercer forte atração sobre empreendedores visionários.

A atividade extrativista do látex na Amazônia revelou-se de imediato muito lucrativa. A borracha natural logo conquistou um lugar de destaque nas indústrias da Europa e da América do Norte, alcançando elevado preço.

Através da extração da borracha, surgiram as cidades de Manaus, Belém e outros povoados, depois também transformados em cidades.

Definição

Borracha (matéria-prima) – são polímeros não reticulados, mas vulcanizáveis e que são “borrachas- elásticas” à temperatura ambiente e, dentro de certos limites, em gamas adjacentes de temperatura. A temperatura elevada e/ou sob a influência de forças de deformação, a borracha, 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 manufatura de elastômeros (borracha).

Elastômeros (borracha) – os elastômeros são materiais poliméricos reticuláveis. São duros 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 elástica. Este comportamento é caracterizado pelo baixo valore de módulo de corte que é pouco dependente 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.

Algumas Borrachas:

Borracha Natural (NR)

O primeiro material conhecido como borracha é o poliisopreno recolhido da seiva da árvore Hevea Brasiliensis, látex, sendo por tal fato conhecido como borracha natural (NR).

A borracha natural comercial tem uma pequena quantidade, 4 a 9%, de outros constituintes. Destes, os mais importantes são os antioxidantes naturais e ativadores de vulcanização representados pelas proteínas e ácidos gordos. A borracha natural é 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.

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.

Borracha de Butadieno Estireno (SBR)

A borracha de butadieno estireno, SBR, é sem dúvida a borracha sintética mais difundida no mundo. O butadieno (CH2=CH-CH=CH2) e o estireno (C6H5-CH=CH2) são os monômeros 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.

Propriedade dos Elastômeros

A propriedade predominante dos elastômeros é o comportamento elástico após deformação em compressão ou tração.

O perfil das propriedades que pode ser obtido depende fundamentalmente do elastômero escolhido, da formulação do composto utilizada, do processo de produção e da forma e desenho do produto.

Cargas

Uma carga, segundo a Norma ISO 1382:1996 é um “ingrediente de composição sólida, normalmente adicionada, em quantidades relativas grandes, às composições de borracha ou de látex por razões técnicas ou econômicas”. As cargas destinam-se a melhorar as propriedades mecânicas (cargas reforçantes) e baixar o preço do composto (cargas de enchimento ou de diluição). Existem vários tipos de cargas e cada uma delas enfatiza o aperfeiçoamento das propriedades dos elastômeros. São elas:

Negro de Carbono:

O negro de carbono, vulgarmente conhecido por negro de fumo, é uma carga preta reforçante (aumentam bastante a viscosidade dos compostos de borracha e a dureza e melhoram as propriedades dos vulcanizados como tensão de rotura, resistência ao rasgamento e resistência à abrasão, sendo o aumento ou melhoria maior, até um limite, à medida que a quantidade de carga aumenta) e, com a sílica, uma das cargas mais utilizadas. Os negros de carbono (negros de fumo) são caracterizados por:

• tamanho da partícula;
• área superficial específica;
• estrutura;
• atividade superficial.

Cargas Brancas:

São aquelas que de uma forma geral provocam pequenos aumentos na viscosidade dos compostos de borracha e pioram as propriedades mecânicas

dos vulcanizados, sendo usadas, sempre que possível, para “encher” e baixar o preço do composto. Há muitas formas de classificar as cargas brancas considerando quer a variedade de origens naturais quer os vários tratamentos a que são submetidas. Classificando-as com base na composição química:

• Carbonato de Cálcio;
• Caulino;
• Sílica;
• Óxido de zinco;
• Hidróxido de alumínio;
• Talco e micro talco;

Vulcanização

Na vulcanização a borracha é aquecida na presença de enxofre e agentes aceleradores e ativadores.

A vulcanização consiste na formação de ligações cruzadas nas moléculas do polímero individual, responsáveis pelo desenvolvimento de uma estrutura tridimensional rígida com resistência proporcional à quantidade destas ligações.

A vulcanização também pode ser feita a frio, tratando-se a borracha com dissulfeto de carbono (CS2) e cloreto de enxofre (S2 C12) . Quando a vulcanização é feita com quantidade maior de enxofre, obtém-se um plástico denominado ebonite ou vulcanite.

A determinação exata do método e das condições de vulcanização (tempo, temperatura e pressão), deverá ser feita não só tendo em vista a composição empregada, mas como também as dimensões do artefato a ser fabricado e sua aplicação.

Propriedade dos Vulcanizados

As propriedades dos vulcanizados contendo sílica diferem em muitas características das propriedades dos vulcanizados contendo negro de carbono, a saber:

• comparativamente ocorrem mais vulcanizados com valores elevados de dureza e relativamente valores baixos de modulo;
• a resistência ao rasgamento é superior, se o composto for devidamente formulado;
• a resistência ao calor é superior;
• a resistência às condições atmosféricas é inferior;
• sob deformação dinâmica o módulo complexo é maior mas o fator de perda é menor.

Processo de Fabricação

Copolímeros de Butadieno e Estireno (SBR):

Processo de Síntese:

O elastômero SBR pode ser produzido por polimerização em emulsão, via radicais livres, (ESBR) ou por polimerização em solução, via aniônica, (SSBR). A polimerização em emulsão pode ser conduzida tanto a quente quanto a frio.

A temperatura exerce um papel importante durante o processo de polimerização e produz elastômeros com propriedades diferentes no produto final.

Polimerização em emulsão:

É um processo vantajoso em relação a vários aspectos. Uma dessas vantagens refere se ao melhor controle da temperatura e da viscosidade do meio reacional (coloidal), que facilita o controle do processo. Outra vantagem é que o produto obtido, como látex, pode ser utilizado comercialmente sem que sejam necessárias operações de separação. Tais aplicações comerciais incluem, por exemplo, tintas e revestimentos, entre outros.