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,
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.|
CH3
|
?CH-C=CH-CH?
|
S
|
S CH3
| |
?CH-C=CH-CH?
|
Pontes de dissulfeto
entre cadeias de poliisopreno
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.
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.
Vulcanização de pneus em
fábrica norte-americana
(1941)/Wikimedia Commons
(1941)/Wikimedia Commons
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.
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. Fonte: CRQ/4
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