Elastômero - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
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Maraca1 de Março de 2013

Elastômero - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

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Apostilas sobre o elastômero, definição, apresentação, vulcanização da borracha, borracha de butadieno, polímeros de condensação.
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Elastómero

Um elastômero é um polímero que apresenta propriedades "elásticas", obtidas depois da reticulação. Ele suporta grandes deformações antes da ruptura. O termo borracha é um sinônimo usual de elastômero.

Os materiais elastoméricos tal como os pneumáticos são normalmente a base de borracha natural (sigla NR) e de borracha sintética.

Por muito tempo a unica borracha conhecida era a natural.

Em 1860, o químico inglês Charles Hanson Greville Williams demonstra que este material é um polisoprenóide.

A primeira patente sobre a fabricação de um elastômero sintético foi depositada em 12 de setembro de 1909 pelo químico alemão Fritz Hofmann.

Estritamente, os elastômeros não fazem parte dos materiais plásticos.

Apresentação

A maioria dos elastômeros são polímeros orgânicos. São excelentes combustíveis. Os elastômeros a base de silicone se distinguem por sua natureza mineral.

Um elastômero é um material amorfo que possui uma temperatura de transição vítrea (Tg) baixa (normalmente inferior à -40 °C)[1].

Para compreender as suas notáveis propriedades elásticas, é importante notar que os elastômeros são obtidos a partir de polímeros lineares que, à temperatura ambiente (bem acima de sua Tg), sãolíquidos (muito viscosos)[2]; as forças coesivas entre as cadeias poliméricas são muito baixas, de mesma ordem de grandeza das existentes nos líquidos moleculares voláteis e nos gáses [3].

Cadeias macromoleculares são normalmente enoveladas, este estado é o resultado da liberdade de rotação dos "elos" da cadeia entre si e dos movementos de “agitação térmica desordenada” (movimento Browniano [4]) que os afetam de forma permanente; uma cadeia pode ter diferentes “conformações" que sucedem de uma forma aleatória; o estado enrolado de uma corrente só pode ser descrito de uma forma estatística [5].

Para limitar o deslizamento entre as cadeias do polímero líquido, uma leve reticulação cria os "nós de ancoragem" conferindo ao material uma estrutura tridimensional. Da mesma forma que anteriormente, os "segmentos da cadeia" entre dois nós se encontram "dobrados". Se uma força de tracção é exercida sobre a estrutura, os seguimentos se estendem e a distância entre os dois nós cresce consideravelmente ; o material é bastante "deformável".

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Vulcanização da borracha

Borracha natural

Quimicamente, a borracha natural é um cis-1,4-poliisopreno, apresentando uma longa cadeia polimérica linear com unidades isoprênicas (C5H8) repetitivas e com densidade aproximadamente igual a 0,93 a 20°C.

O isopreno é um sinônimo

Comum do composto químico 2-metil-1,3 butadieno.

Borracha de butadieno - estireno

A borracha de butadieno estireno, SBR, é sem dúvida a borracha sintética mais difundida no mundo. Foi elaborada primeiro na Alemanha na década de 1930 com o nome de Buna S e posteriormente estudada nos Estados Unidos durante a 2ª guerra mundial com a denominação de GRS (Government Rubber-Styrene).

O butadieno e o estireno são os monômeros usados para a produção de SBR, sendo o conteúdo de estireno de cerca de 24%, 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.

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A borracha natural não tinha muita utilidade até que Charles Goodyear inventou o processo de vulcanização, o qual é feito adicionando enxofre à borracha e aquecendo a mistura. Esse processo evitava que a borracha se tornasse pegajosa quando aquecida e dura quando resfriada, ou seja, era obtida uma goma elástica que não se esfarelava e nem colava. Foi esse o ponto de partida para as aplicações práticas da borracha. A borracha sintética produzida por processos químicos industriais, não substitui inteiramente as aplicações da borracha orgânica, superior por sua elasticidade e densidade.

A Vulcanização

A vulcanização é um processo de reticulação pelo qual a estrutura química da borracha, matéria- prima, é alterada pela conversão das moléculas do polímero independente, numa rede tridimensional onde ficam ligadas entre si. A vulcanização converte um emaranhado viscoso de moléculas com longa cadeia numa rede elástica tridimensional, unindo quimicamente estas moléculas em vários pontos ao longo da cadeia.

Polímeros de Condensação

Esses polímeros são formados a partir de monômeros iguais ou diferentes, havendo eliminação de moléculas simples (H2O, NH3 etc).

• Polifenol ou Baquelite: É obtido pela condensação do fenol com o formaldeído (metanal). No primeiro estágio da reação, forma-se um polímero predominantemente linear, de massa molecular relativamente baixa, conhecido como novolae. Ele é usado na fabricação de tintas, vernizes e colas para madeira. A reação, no entanto, pode prosseguir, dando origem à baquelite, que é um polímero tridimensional. A baquelite é o mais antigo polímero de uso industrial (1909) e se presta muito bem à fabricação de objetos moldados, tais como cabos de panelas, tomadas, plugues etc.

• Polímero uréia-formaldeído: É um polímero tridimensional obtido a partir da uréia e do formaldeído. Quando puro é transparente, e foi por isso usado como o primeiro tipo de vidro plástico. No entanto, ele acaba se tornando opaco e rachando com o tempo. Este defeito pode ser evitado pela adição de celulose, mas ele perde sua transparência, sendo então utilizado na fabricação de objetos translúcidos. Esse polímero é também usado em vernizes e resinas, na

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impregnação de papéis. As resinas fenol-formaldeído e uréia-formaldeído são usadas na fabricação da fórmica.

• Polímero melamina-fomaldeído ou Melmae: É de estrutura semelhante à anterior, porém, trocando-se a uréia pela melamina (veja a estrutura abaixo). Foi muito utilizada na fabricação dos discos musicais antigos.

• Poliésteres: Resultam da condensação de poliácidos (ou também seus anidridos e ésteres) com poliálcoois. Um dos poliésteres mais simples e mais importantes é obtido pela reacção do éster metílico do ácido tereftálico com etileno-glicol. É usado como fibra têxtil e recebe os nomes de terilene ou dacron. Em mistura com outras fibras (algodão, lã, seda etc) constitui o tergal.

Outro poliéster importante é o gliptal, obtido pela reação entre o anidrido ftálico e a glicerina e muito usado na fabricação de tintas secativas ou não. os poliésteres também são utilizados na fabricação de linhas de pesca, massas para reparos, laminados, filmes etc.

• Poliamidas ou Nylons: Estes polímeros são obtidos pela polimerização de diaminas com ácidos dicarboxílicos. Os nylons são plásticos duros e têm grande resistência mecânica. São moldados em forma de engrenagens e outras peças de máquinas, em forma de fios e também se prestam à fabricação de cordas, tecidos, garrafas, linhas de pesca etc. O mais comum é o nylon- 66, resultante da reação entre a hexametilenodiamina (1,6-diamino-hexano) com o ácido adípico (ácido hexanodióico).

Outros importantes são o nylon-6 ou perlon, obtido por aquecimento da caprolactama, e o nylon-10, obtido pela condensação de um aminoácido, o ácido 11-amino undecanóico.

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