• Drano Rauteon

Borracha e Plástico - O que são? - Parte 1

Atualizado: Jan 11

Pra nós, basta olhar pra um objeto e dizer que ele possui plástico, borracha e metal em sua composição, mas não é bem assim que as coisas funcionam.

Plástico não é “tudo igual”, assim como a borracha e o metal também não são. É comum as pessoas classificarem a qualidade de um produto de acordo com essas terminologias, porém devemos saber que há centenas de polímeros diferentes, que proporcionam milhares de combinações, isto é, compósitos, que permitem agregar características de diferentes materiais e criar produtos de alta qualidade. É o que ocorre com correias, que podem ser feitas de PA66-HNBR-GF-AF, de retentores que são feitos de PTFE ou FPM, de peças de motores e veículos feitas em PA66-GF ou PPGF, calços, coxins e batentes feitos em TPU, de dielétricos de capacitores feitos em PP, PE, PC e até polímeros condutores PPy e PEDT.

Mas para sabermos definir a qualidade de um produto, precisamos conhecer as combinações destes materiais, as qualidades e defeitos que cada um possui e a vantagem e desvantagem de utiliza-los. Também é necessário saber que há produtos iguais (que podem ser aplicados no mesmo sistema), porém feitos de materiais diferentes e com diferenças de preços gritantes, como é o caso de retentores. Um retentor de PTFE ou FPM possui uma durabilidade demasiadamente alta, porém seus preços destoam das outras tecnologias mais defasadas, e essa falta de conhecimento do povo sobre as justificativas do preço alto fazem com que a maioria opte pelo mais barato achando que é “tudo a mesma coisa”.

Outra coisa fácil de se ver na população leiga e até entre profissionais desses ramos é que muitos não conhecem de fato o produto que estão utilizando (ou pelo menos insistem em utilizar termos errôneos). Um bom exemplo são as velhas juntas de vedação estáticas de cabeçotes de motores a combustão interna, que antigamente eram baseadas em Fibra de Amianto e que, pela legislação moderna, foram substituídas por Fibra de Carbono, Fibra de Vidro ou Fibra de Aramida, porém até hoje são conhecidas por todos como “juntas de amianto” ou “juntas de papelão de amianto”.

Nesta série de artigos, com a concatenação de informações selecionadas em vários sites, escritas por vários autores, trago a explicação resumida sobre Fibras, Plásticos e Borrachas e exemplos de vários materiais compósitos que são utilizados amplamente pela indústria química, automobilística, eletrônica e diversas outras, porém com enfoque na eletrônica e mecânica.

Em química e tecnologia, os plásticos são materiais orgânicos poliméricos sintéticos, de constituição macromolecular, com grande maleabilidade (que apresentam a propriedade de adaptar-se em distintas formas), facilmente transformável mediante o emprego de calor e pressão, e que serve de matéria-prima para a fabricação dos mais variados objetos, como por exemplo vasos, sacolas, embalagens, cortinas, bijuterias, auto-peças, roupas, sapatos, componentes eletrônicos, brinquedos e etc.


CURIOSIDADE: A designação "Plástico" origina-se do grego "πλαστικός" (plastikós) e exprime a característica dos materiais quanto a moldabilidade (mudança de forma física). Adota-se este termo para identificar materiais que podem ser moldados por intermédio de alterações de condições de pressão e calor ou por reações químicas.


A matéria-prima dos plásticos geralmente é o petróleo. O petróleo é formado por uma complexa mistura de compostos. Pelo fato de estes compostos possuírem diferentes temperaturas de ebulição, é possível separá-los através de um processo conhecido como destilação ou craqueamento.

Os polímeros são formados por macromoléculas, estruturas feitas de monômeros. Os monômeros são unidades que se repetem na estrutura do polímero, podendo ser iguais ou diferentes, formando longas cadeias. Polímeros podem ser naturais, isto é, provenientes da natureza, como por exemplo a celulose, amido, proteínas do leite e a lignina. Polímeros também podem ser sintéticos (os mais utilizados na indústria de plásticos e borrachas), feitos em laboratório a partir de compostos retirados do petróleo ou de carvão mineral.

Quando o polímero possui em sua cadeia principal átomos de Carbono ele é considerado uma resina orgânica. Quando o Polímero não possui átomos de Carbono na cadeia principal ele é considerado uma resina inorgânica (por exemplo o Silicone, uma borracha sintética). O Silício pertence à mesma família do carbono na Tabela Periódica, vindo no período logo após o do Carbono, sendo assim o Silício apresenta propriedades semelhantes às do Carbono e, portanto, pode se ligar a grupos orgânicos.

Imagem 1


Fórmula estrutural 1


Como já foi dito acima, os polímeros são sintéticos quando são feitos de resina de petróleo, carvão mineral ou até mesmo cana-de-açúcar. Veja abaixo alguns materiais extraídos do petróleo:

Imagem 2


Os Polímeros são produzidos por meio de um processo químico conhecido como polimerização, a união química de monômeros que forma polímeros. O tamanho e estrutura da molécula do polímero determinam as propriedades do material plástico.

Existem os homopolímeros, os copolímeros e os terpolímeros. Veja as imagens abaixo para entender melhor:


Imagem 3


Imagem 4


Os copolímeros são formados por dois ou mais monômeros diferentes, já os terpolímeros são formados por três monômeros diferentes. Com isso, fica subentendido que, por exemplo, o plástico ABS e o EPM podem ser classificados tanto como copolímeros quanto como terpolímeros. Já o plástico EPDM pode ser classificado como copolímero, pois é formado por quatro monômeros diferentes.


Dentro da classe dos polímeros com dois ou mais monômeros há quatro tipos de copolímeros, que podem ser vistos abaixo:

Sobre o grau de polimerização de um polímero:


Complemento 1


O primeiro processo de polimerização, em 1909, originou a primeira Fibra Sintética (ou Fibra Orgânica), que é o famoso Baquelite (PF - polifenol), criado por Leo Baekeland, químico americano de origem belga.

O Baquelite é polioxibenzimetilenglicolanidrido, ou seja, é a junção do fenol com o formaldeído (aldeído fórmico), formando um polímero chamado polifenol. O Baquelite é muito empregado em sistemas elétricos devido a sua excepcional rigidez dielétrica e sua capacidade de suportar altas temperaturas.

Existem dois processos de polimerização amplamente utilizados pela indústria: a Poliadição e a Policondensação.


POLIADIÇÃO


Na poliadição se utilizam unidades de repetição iguais. Estas unidades são colocadas em um reator juntamente com um catalizador que quebra as ligações duplas dos monômeros numa reação em cadeia, e esta reação só termina quando é adicionado um material para encerrar o processo.


Os polímeros de Poliadição mais comuns são:


→ Polietileno: Obtido a partir da repetição de monômeros de Etileno. É utilizado na produção de sacolas, brinquedos, peças de carros e etc. Os tipos principais são:

-> Polietileno de Alta Densidade (PEHD);

-> Polietileno de Baixa Densidade (PELD);

-> Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PE UHMW);

-> Polietileno Espumado (FPE).


→ Polipropileno (PP): Obtido a partir da repetição de monômeros de propileno (Propeno). É utilizado em peças de acabamento de automóveis, seringas de injeção, carpetes, Isopor e etc;


→ Poliestireno (PS): Obtido a partir da repetição de monômeros de estireno. Utilizado em dielétricos de capacitores, seringas de injeção, Isopor e etc;


→ Policloreto de Vinila (PVC): Obtido a partir da repetição de monômeros de cloreto de vinila. Utilizado na forração de teto, capas de chuva, tubulações e conexões hidráulicas residenciais / prediais / industriais, conduítes corrugados elétricos, discos de vinil, mangueiras, e etc;


→ Politetrafluoretileno (PTFE): Obtido a partir da repetição de monômeros de tetrafluoretileno. Utilizado como revestimento anti-aderente de panelas e frigideiras, juntas de vedação dinâmicas (retentores) e gaxetas, isolante elétrico, e etc;


→ Poliacetato de Vinila (PVA): Obtido a partir da repetição de monômeros de Acetato de Vinila. Utilizado em tintas, gomas de mascar e adesivos;


→ Policloropreno: Obtido a partir da repetição do monômero 2-cloro-1,3-butadieno. Utilizado em coifas de vedação úmidas e não úmidas (coifas de homocinética, semi-eixo e etc) além de várias outras funções.


POLICONDENSAÇÃO


Também chamada de eliminação, neste processo, monômeros diferentes são adicionados ao reator, onde ocorre a eliminação de moléculas de baixa massa molecular, possibilitando que o restante dos monômeros se unam e formem um polímero específico sem a quebra de duplas ligações. Ao contrário da Poliadição, a Policondensação é um processo lento e que produz polímeros na faixa de 10.000 g/mol, contra 20.000 g/mol da Poliadição.

Resumidamente, Polímeros de Condensação são aqueles em que seus monômeros iguais ou diferentes se unem com a eliminação simultânea de moléculas de água ou outras pequenas moléculas de compostos que não farão parte do polímero. A única exceção é o Poliuretano (PU): Na reação de condensação, através da qual ele é obtido, não há liberação de moléculas.Os principais compostos liberados além da água são: Cloreto de Hidrogênio (HCl), Amônia (NH3) e o Cianeto de Hidrogênio (HCN).Sempre os polímeros de condensação terão uma estrutura regular, uniforme, isto é, os polímeros sempre virão alternados e não de forma aleatória. Só poderão ser formados copolímeros (cuja estrutura é irregular) quando mais de dois monômeros se unirem para formar o Polímero de Condensação.


Os polímeros de condensação mais comuns são:


→ Poliuretano (PU): Obtido pela condensação do di-isocianato de parafenileno com o 1,2-etanodiol. É usado em isolamentos, aglutinantes de combustível de foguetes, revestimentos internos de roupas, espumas para estofados, buchas, batentes e coxins de veículos automotores e etc;


→ Baquelite: As substâncias que dão origem ao baquelite são o benzenol e o metanal. É empregado em revestimentos como tintas e vernizes, colas para madeira, cabos de panelas, interruptores elétricos, tomadas, conectores, placas de circuito eletrônico, tampas, e etc;


→ Poliéster: São Polímeros formados por vários ésteres, sendo que são necessários um ácido e um álcool para formá-los. O Poliéster é usado em produção de fibras têxteis, como o tecido tergal, na produção de garrafas de refrigerantes e outras bebidas, de fitas de vídeo e disquetes, de vasos e válvulas cardíacas, como protetor para facilitar a recuperação de tecidos orgânicos que sofreram queimaduras, dielétrico de capacitores entre outras utilidades. Abaixo, os principais tipos de poliéster:

-> PET - Polietileno Tereflato, sendo o mais comum do mercado, formado pela união do ácido tereftálico com o etanodiol;

-> SP - Poliéster Saturado;

-> BOPET - Polietileno Tereftalato Orientado Biaxialmente (apenas um processo de produção diferente do PET comum);

-> PBT - Tereftalato de Polibutieno;

-> LCP - Polímero de Cristal Líquido.


→ Poliamida (PA): Um dos polímeros mais comuns. As aplicações de PA66 podem ser observadas em rolamentos sem lubrificação, engrenagens, embalagens, fibras têxteis, velcros, cerdas de escovas, fios de pesca, conectores elétricos e carcaças de componentes / módulos eletrônicos (na maioria das vezes reforçado com GF), telas de peneiras, malha de correias, mangueiras, e etc. Seus principais tipos são:

-> PA66 (Exametilenodiamina e Ácido Adípico) - sendo os monômeros o ácido hexanodioico e a 1,6-hexanodiamina;

-> PA6 (Caprolactama);

-> PA11 (Ácido Amino 11-Undecanóico);

-> PA12 (Dodecalonactama 1,12);

-> PA66/610 (Exametilenodiamina com Ácido Adípico e Ácido Sebácico);

-> PA6/12 (Mistura do PA6 e PA12);

-> PA612 (Exametilenodiamina e Ácido Dodecanóico);

-> PA6-3-T (Trimetil-Exametilenodiamina e Ácido Tereftálico);


→ Aramida: É formado pela união entre o ácido tereftálico e o p-benzenodiamina porém, assim como a Poliamida existem diversas variedades de Aramida. Pra fins de curiosidade, a Fibra de Aramida é 5 vezes mais resistente que o aço por unidade de peso, é um material bastante flexível, leve e só derrete após 8 segundos exposto a uma temperatura de 1000 °C. É aplicado principalmente em coletes à prova de balas, bem como em chassis de carros de corrida, em roupas dos pilotos desses carros, em roupas de combate a incêndios, em peças de aviões, blindagem de veículos civis e militares, juntas de vedação estáticas de motores de combustão interna, correias dentadas, discos de embreagem e etc;


→ Policarbonato (PC): Formado pelo fosgênio e pelo p-isopropilenodifenol, o policarbonato é muito usado em vidros à prova de bala, em lentes de óculos de sol, CDs e DVDs, equipamentos com raio-X, janelas de segurança e estruturas para se cobrir áreas;


→ Silicones (Q): Possui o Silício como elemento principal. Seus átomos estão alternados com os do elemento Oxigênio e o Silício se liga a radicais orgânicos. O silicone mais comum é o diclo-dimetil-silano. Estes compostos são utilizados em próteses colocadas através de cirurgias plásticas, lubrificação de moldes, vedação de janelas, resinas encapsuladas, cosméticos (óleos e cremes para a pele), juntas de vedação estáticas e dinâmicas para reter fluídos, e etc.

Os Plásticos são divididos em dois grupos, de acordo com as suas características de fusão ou derretimento: Termoplásticos e Termorrígidos.


TERMOPLÁSTICOS


São plásticos que não sofrem alterações na sua estrutura química durante o aquecimento e que podem ser novamente fundidos após o resfriamento.

São polímeros que possuem suas cadeias poliméricas unidas por forças de atração intermolecular secundárias. Essas forças de atração são relativamente baixas, por esse motivo, com o emprego de temperatura são facilmente rompidas, possibilitando que esses materiais se fundam e sejam reprocessados diversas vezes, sem que haja total degradação dos mesmos.

A cada reprocessamento, os materiais termoplásticos perdem algumas de suas propriedades, pois, apesar de o emprego de temperatura sobre o material não degradar o mesmo no que se refere às forças intermoleculares, há a degradação de alguns dos monômeros das cadeias principais ou de aditivos e cargas presentes no Termoplástico. Por esse motivo, as empresas de transformação de plásticos utilizam material reciclado em frações, adicionados às resinas virgens, que possuem suas propriedades e características inalteradas, garantindo a qualidade dos produtos.

Os polímeros Termoplásticos são 100% recicláveis, por esse motivo, desde que sejam feitos os processos de descarte e coleta seletiva adequados, são ambientalmente corretos.


Principais características e propriedades


Os polímeros Termoplásticos possuem suas características variáveis, de acordo com a composição química que forma a cadeia polimérica de cada material, por esse motivo, são classificados em commodities, materiais de engenharia, materiais de alto desempenho e materiais de ultra desempenho.

Cada classificação caracteriza os materiais de acordo com suas propriedades, sendo os commodities, os que possuem propriedades mais simples e valor comercial reduzido, e os de ultra desempenho materiais com elevadas propriedades e alto custo. Em geral, as propriedades que todos os Polímeros Termoplásticos apresentam em comum é a propriedade de fusibilidade com emprego de temperatura, serem materiais 100% recicláveis, passíveis de pigmentação e de fácil processamento.

Exemplos: Prolipropileno (PP), Polietileno de Alta Densidade (PEHD), Polietileno de Baixa Densidade (PELD), Polietileno Tereftalato (PET), Poliestireno (PS), Policloreto de Vinila (PVC), Poliamida (PA), Polimetilmetacrilato (PMMA), Acrilo Butadieno Estireno (ABS), Poliacetal (POM), Politetrafluoretileno (PTFE), Poliestireno Expandido (EPS), Poliéster (PET, BOPET, PBT ou LCP) e etc.

TERMOFIXOS


São aqueles que não fundem com o reaquecimento. São polímeros que possuem suas cadeias poliméricas unidas através de reticulações ou ligações cruzadas, que são forças de atração intermoleculares primárias. Essas forças de atração são elevadas, por esse motivo, se há o emprego de temperatura, há o rompimento dessas ligações, degradando o material polimérico. Por esse motivo, os polímeros Termofixos não são recicláveis, contudo, podem ser reutilizados através de redução dos tamanhos de suas partículas através do processo de moagem, sendo utilizados como cargas em outros materiais, como por exemplo, a moagem de pneus velhos utilizados como cargas em asfalto e concreto.

Principais Características e propriedades


São materiais resistentes e duráveis, possuem elevada resistência à altas temperaturas de uso contínuo, boa resistência mecânica e química, podem ser rígidos ou flexíveis, podem formar compósitos com adição de cargas e reforços como fibras, por exemplo. Os Termorrígidos degradam-se termicamente em baixas temperaturas. São comumente resinas líquidas, que quando misturadas aos iniciadores ou catalisadores, iniciam sua reação de polimerização, formando as reticulações entre as cadeias durante o processo chamado cura da resina, tonando-se infusíveis.

Os polímeros termorrígidos podem ser moldados através de diversos processos de transformação, tais como, moldagem por compressão, injeção a frio, fundição, usinagem, entre outros.

Exemplos: Resinas Fenólicas, Poliepóxido, Poliuretanos (PU), Baquelite, Poli-Imida (PI), Estireno Acrilonitrila (SAN), Poliacetato de Etileno Vinil (EVA) e etc.

Para saber mais sobre polímeros, baixe os PDFs aqui linkados:

Glossario de termos aplicados a polimero
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No PDF abaixo, uma explicação ampliada do que foi abordado no tópico sobre polímeros:

Sobre Polímeros
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No PDF abaixo há uma enorme lista de abreviações de nomes de compostos poliméricos:

Tabela de abreviaturas para compostos de
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Com a evolução de eletrônica, surgiram os semicondutores orgânicos, que são nada mais que polímeros condutores desenvolvidos em laboratório, e que já são amplamente utilizados pela indústria em telas OLED e capacitores CPA, por exemplo. Caso queira saber mais sobre este assunto, clique nos links abaixo:


-> Semicondutores - o que são?

-> Óptica - Como funcionam as telas OLED

-> Óptica - LED

-> Capacitores CPA

-> Capacitores de Polímero de Tântalo

Plástico x Borracha


CURIOSIDADE: Plásticos podem ter qualquer forma, bastando molda-los com calor e pressão. Plásticos são resinas sintéticas que podem admitir a forma de fibra. Tanto a borracha sintética ou orgânica quanto o plástico são resinas. Tanto a borracha quanto o plástico são feitos de polímeros. O que difere uma borracha de um plástico é seu comportamento mecânico, ou seja, a elasticidade.


Nos plásticos, as moléculas poliméricas são mantidas unidas apenas pelas forças eletrostáticas, enquanto nas borrachas há um processo chamado vulcanização que liga as moléculas entre si por meio de ligações químicas (geralmente pontes de enxofre, porém a vulcanização sem enxofre também pode ser feita - podem ser utilizados óxidos metálicos, peróxidos orgânicos ou até resina de poliepóxido), o que faz com que a estrutura polimérica seja um pouco flexível, admitindo que a borracha se deforme e acumule energia, mas quando a força cessa essa energia é liberada e as moléculas retornam às suas posições.

Os plásticos, quando submetidos à uma força, se deformam de forma permanente (ou plástica) e a energia gasta na deformação se dissipa como calor, não havendo nada para recuperar a forma original do corpo quando a força cessa.

Para saber mais sobre borrachas, leia o segundo capítulo desta série. Basta CLICAR AQUI!

Plástico e plastificante


Em pesquisas pela internet, você pode encontrar o termo "plastificante". Os plastificantes são simplesmente um dos aditivos mais utilizados na produção de plásticos. É o plastificante que possibilitou a existência dos canos de PVC para instalações hidráulicas (PVC rígido) e os revestimentos de PVC para cabos USB e cabos de vela de motores de combustão interna (PVC com flexibilidade e até uma certa elasticidade).

São os plastificantes que possibilitaram a existência de materiais poliméricos com comportamento e aparência mecânica extremamente diferentes, porém, compostos do mesmo polímero. Quando um produto polimérico é desenvolvido sem um plastificante, há uma grande chance de que ele se torne muito frágil e rígido para ser utilizado, o que não é desejável na maioria das aplicações, como por exemplo em filmes plásticos, solas de sapatos, capas de fios, etc. Em alguns casos, pode ser utilizado até dois plastificantes diferentes na produção de um material.


Segundo a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), o plastificante é uma substância / material incorporado em um plástico ou borracha para aumentar a sua flexibilidade, a processabilidade ou a extensibilidade (capacidade de alongar).

O plastificante é capaz de reduzir a viscosidade do fundido, bem como a sua temperatura de transição vítrea (Tg) e o módulo elástico, sem que se altere as características químicas fundamentais do material plastificado. Este aditivo se aloca entre as cadeias poliméricas e diminui a interação entre elas através do aumento do volume livre entre as cadeias, ou então, da atenuação das "ligações de Van Der Waals", resultando em uma matriz mais flexível e extensível. A figura abaixo exibe o mecanismo de plastificação do PVC.

Imagem 5 - Exemplo de como ocorre a plastificação do PVC


Abaixo, deixo um PDF da Braskem sobre o plástico PVC e seus plastificantes. O PVC é muito citado neste tópico, pois é o melhor exemplo de polímero que pode ter características completamente alteradas com o uso de plastificantes, no entanto, as informações técnicas dadas aqui valem pra outros polímeros também.

Plastificantes - Boletim Técnico Braskem
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Apesar de todo o lado bom, em baixas concentrações o plastificante é capaz de causar um efeito contrário ao desejado. Esse efeito é denominado "antiplastificação". Este fenômeno pode ser explicado por duas teorias:


-> Quando presente em baixas concentrações, o plastificante pode se alocar no volume livre natural que há entre as cadeias do polímero, ocasionando uma restrição de movimento e, consequente, aumento de rigidez, resistência à tração, diminuição da deformação na ruptura e resistência ao impacto, ou seja, o material vai ficar mais quebradiço.


-> A segunda teoria atribui este fenômeno ao aumento da cristalização induzido pelo plastificante quando presente em baixas concentrações. A partir de um certo teor o plastificante, ocorre a flexibilização do polímero, queda da resistência à tração, aumento da deformação de ruptura e resistência ao impacto. Este comportamento está ilustrado no gráfico abaixo:

Gráfico 1 - A quantidade de plastificante e seus resultados


CURIOSIDADE: Diversos ensaios são responsáveis por identificar não só qualitativamente, mas também quantitativamente a presença de diversos tipos de aditivos em produtos poliméricos, incluindo plastificantes.

A presença e quantidade de plastificante podem ser determinadas por algumas técnicas analíticas como GC-MS, TGA, FT-IR, dentre outras, bem como análises mecânicas, como por exemplo tração e impacto, além de outros métodos, como a Reometria Capilar e o DSC.

Mas quais as aplicações de cada tipo de plástico? Este conteúdo é encontrado no quinto capítulo desta série! Para lê-lo, basta CLICAR AQUI!

Este foi o primeiro capítulo da série sobre Ciência e Tecnologia dos Materiais. O próximo capítulo é sobre a borracha. Não deixe de ler!


Caso tenha ficado algum "ponto solto", alguma discordância, erros de digitação e caso esteja faltando alguma coisa, ou você queira trazer sugestões ao blog, entre em contato pelo hardwarecentrallr@gmail.com.

Texto: Leonardo Ritter.

Imagens, gráficos e desenhos: Google Imagens; Leonardo Ritter.

Fontes: Rubberpedia (Manuel Morato Gomes); Mundo Educação (Jennifer Fogaça); Brasil Escola (Jennifer Fogaça); SABÓ; ANIP (Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos); Vedamotors; Fricwel; Fras Le; Akroplastic; DMI International Business; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas!).


Última atualização: 10 de Janeiro de 2022.

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