O que é Vulcanização e Borracha Vulcanizada?

A borracha vulcanizada é muito mais resistente que a borracha tradicional. Ela resiste a maiores pressões e tensões e é muito mais elástica, por isso muitos fabricantes preferem usar borracha vulcanizada em seus negócios. A maior resistência e elasticidade da borracha vulcanizada permitem que ela seja esticada em um grau muito maior sem deformar ou deformar. A vulcanização também significa que a borracha está melhor protegida contra abrasão ou outros danos causados por raspagem.

Mas o que é exatamente a vulcanização e como funciona? Neste artigo, veremos a vulcanização e a história e os usos da borracha vulcanizada com mais detalhes.

O que é Vulcanização?

Existem dois tipos de borracha: borracha natural e borracha sintética. A borracha natural é ligeiramente mais forte e tem menos odor, enquanto a borracha sintética é mais resistente ao calor e ao envelhecimento. A borracha sintética também é usada em produtos para pessoas alérgicas às proteínas encontradas na borracha natural. 70% da borracha usada hoje nos Estados Unidos é sintética, mas ambos os tipos são comumente usados em todo o mundo.

A borracha natural é composta por moléculas de poliisopreno. É obtido a partir de células ou dutos de látex de plantas produtoras de borracha. Embora existam mais de duzentas plantas capazes de produzir látex, a maior parte da borracha natural vem da seringueira (Hevea Brasiliensis).

As borrachas sintéticas são polímeros artificiais produzidos a partir de subprodutos do petróleo. Borrachas naturais e sintéticas coaguladas não são muito úteis em seus estados iniciais. É pegajoso, termoplástico e macio, com baixíssima resistência à tração e elasticidade, por isso precisa ser submetido a processos como vulcanização antes de poder ser usado. A maioria dos tipos de borracha natural e sintética podem ser vulcanizadas para melhorar suas propriedades e torná-las resistentes e firmes o suficiente para uso. O processo de vulcanização envolve adicionar e aquecer borracha com enxofre para melhorar sua elasticidade e resistência.

Poliisopreno (borracha natural) e borracha de estireno-butadieno (SBR) são os polímeros mais frequentemente vulcanizados. Essas borrachas são frequentemente usadas na fabricação de pneus de veículos.

As técnicas de vulcanização podem variar, mas geralmente envolvem a mistura de borracha bruta ou outros materiais elastoméricos com 5-30% de enxofre ou outro agente (para provocar uma reação de reticulação) com um ativador, acelerador e retardador para formar uma rede molecular reticulada. .

A vulcanização utilizando apenas enxofre é muito lenta e pode levar à degradação oxidativa, resultando em propriedades mecânicas deficientes. É por isso que aceleradores são adicionados para que a vulcanização possa ocorrer em temperatura mais baixa e com maior eficiência. (Isso também reduz a quantidade de enxofre necessária, o que melhora as propriedades de envelhecimento da borracha vulcanizada).

Os aditivos comumente usados incluem óxido de zinco (ativadores), guanidinas, tiazóis, xantatos, tiuranos (aceleradores), ácido acético, cloreto de cálcio (coagulantes), aminas, fenólicos e fosfitos (antioxidantes), pigmentos coloridos, óleos e antiespumantes. agentes.

A vulcanização ativa deve ser evitada durante os estágios de mistura para evitar a formação de rachaduras quando a borracha é moldada ou modelada.

A ciência por trás do processo de vulcanização

A vulcanização revolucionou a forma como a borracha é produzida e como ela pode ser aplicada. Antes da descoberta da vulcanização, a borracha natural era coagulada com ácido e calor para torná-la maleável. Em altas temperaturas, a borracha ficaria pegajosa e começaria a derreter. No entanto, quando a temperatura estava muito baixa, rapidamente se tornaria quebradiço. Usar borracha em um ambiente industrial era caro e impraticável com esses métodos.

Então, como a borracha é vulcanizada? A seiva do látex natural extraída das árvores contém moléculas de isopreno. À medida que o látex seca, as moléculas se aglomeram e atacam a ligação dupla do carbono das moléculas adjacentes. A ligação dupla se rompe e os elétrons se reformam para unir as moléculas de isopreno, transformando-as em monômeros. Este processo continua até que muitas moléculas de isopreno se juntem e criem longos fios ou cadeias de monômeros (polímeros).

O agregado de cadeias monoméricas de isopreno é denominado poliisopreno, que se une formando ligações eletrostáticas. Isso permite que os fios se movam um em relação ao outro quando puxados e retornem ao seu estado original quando relaxados, dando à borracha um grau de elasticidade natural.

Ao adicionar enxofre e à temperatura e pressão corretas, os átomos de enxofre atacam as ligações duplas dos átomos de carbono dentro das cadeias de isopreno e ligam-nas. Os átomos de enxofre também se ligam entre si e depois unem as várias cadeias de isopreno. Isto é conhecido como reticulação em seu estado permanente.

A reticulação é o mecanismo de reação que confere à borracha vulcanizada sua resistência à tração. No termo mais simples, a reticulação é um processo químico pelo qual as cadeias poliméricas são ligadas entre si. Pode ser comparado a uma tigela de espaguete cru. É muito fácil puxar cada fio da tigela, mas depois de cozido e seco, eles grudam e são mais difíceis de separar.

As cadeias de polímeros que não foram reticuladas movem-se livremente, enquanto as cadeias reticuladas têm muito menos probabilidade de fluir sob tensões causadas por aquecimento ou tração. Eles também são mais resistentes a solventes e podem ser usados para revestimentos mais resistentes ou aplicações de ligação.

A reticulação cria uma estrutura em forma de rede que dá elasticidade mais estável à borracha e, uma vez criada, não pode ser quebrada facilmente. Essa natureza permanente da mudança na química da borracha é chamada de Termofixo.

Existem três estágios de vulcanização, nomeadamente a indução, a reticulação e o estado ideal:

• Durante o estágio de indução (ou queima), a reação de reticulação lenta começa a uma temperatura entre 180°F e 230°F. A borracha moldada geralmente é moldada antes de ser aquecida, pois a reticulação torna impossível moldar a borracha;
• Durante a fase de reticulação ou cura, são formadas reticulações permanentes. A mistura é aquecida até 250-400ºF para acelerar a vulcanização, resultando em reticulação rápida.
• No seu estado ideal, a borracha vulcanizada pode retornar ao seu comprimento original após até dez ciclos de deformação sob tensão. Se o processo de cura continuar além do estado ideal, isso é conhecido como sobrecura. O estado final ideal de cura ou sobrecura significa que todas as propriedades dos compostos de borracha estão se formando até atingir um comportamento elástico.

As ligações cruzadas formadas dependem da quantidade de agente vulcanizante, do tempo de reação, da temperatura e da natureza da própria borracha.

Quem inventou a vulcanização da borracha?

Os seres humanos usam borracha há milhares de anos. Os antigos olmecas foram os primeiros praticantes da ciência da borracha, misturando seiva de videira e seiva de borracha fervida para criar sua própria borracha vulcanizada. Isso foi usado para impermeabilização e, claro, uma das primeiras formas de basquete!

Na década de 1820, um químico chamado Charles Macintosh juntou-se a Thomas Hancock, um inventor, para refinar o processo. Eles dissolveram borracha natural em benzeno e a aqueceram para produzir folhas de borracha e tecidos impermeáveis. O enxofre foi adicionado ao processo em anos posteriores.

No entanto, a vulcanização moderna como a conhecemos pode ser atribuída a Charles Goodyear. Goodyear ficou obcecado por borracha depois de avistar um colete salva-vidas em um armazém. Goodyear investiu todo o seu tempo e recursos na borracha. Um dia, ele derramou acidentalmente uma mistura de borracha e goma de mascar em um fogão quente, onde “queimou como couro” e endureceu. Ele acreditava que interromper o processo no momento certo tornaria a borracha mais adesiva e estável. Goodyear começou a “curar” a borracha e enviou amostras para Thomas Hancock. Hancock notou enxofre na superfície e começou a adicionar enxofre ao seu processamento de borracha.

Goodyear obteve uma patente nos EUA para vulcanização algumas semanas depois de Hancock ter conseguido a patente no Reino Unido. O termo vulcanização vem de um amigo de Hancock, referindo-se ao deus romano do fogo, Vulcano.

A descoberta de Goodyear lançou uma revolução industrial, mas infelizmente a sua persistência não valeu a pena e ele morreu com dívidas de mais de 200 mil dólares. A famosa empresa de pneus Goodyear recebeu mais tarde o seu nome em reconhecimento da sua importante contribuição para a indústria.

Como mencionado anteriormente, usar apenas enxofre durante o processo de vulcanização não é muito eficaz, rápido ou econômico, razão pela qual a borracha não era amplamente utilizada até que o químico americano George Oenslager descobriu que a adição de aceleradores ao processo de vulcanização melhorava o processo de cura em 1912. O método de vulcanização que ele inventou ainda é amplamente utilizado hoje.

Quais são os usos e benefícios da borracha vulcanizada?

A vulcanização melhora a elasticidade, dureza, resistência ao rasgo e resistência a solventes orgânicos e abrasão. Também oferece excelente resiliência, baixa absorção de água e resistência à oxidação e é um excelente isolante elétrico.

Se a borracha natural for vulcanizada corretamente, ela retém e potencializa seus benefícios sem as fraquezas que existem em nível molecular. Após a vulcanização, as cadeias poliméricas recém-elaboradas reforçam a borracha; ele encolhe e fica mais duro. Isso torna a borracha vulcanizada muito menos suscetível a danos ou deformação e proporciona maior resistência à tração.

Essa durabilidade é um ótimo material para uso em vários produtos onde a durabilidade e a resistência à água durante atividades difíceis são de extrema importância (como pulseiras de relógios esportivos ou solas de borracha). O uso mais comum de borracha vulcanizada é em pneus. Os pneus são frequentemente reforçados com negro de fumo para maior resistência. Mais de um bilhão de pneus são fabricados anualmente em todo o mundo.

A borracha vulcanizada também é usada para produzir mangueiras de borracha, solas de sapatos, isolamento, amortecedores de vibração, borrachas, amortecedores, brinquedos infantis, correias transportadoras, tanques revestidos de borracha e muito mais.

A borracha vulcanizada é ecologicamente correta?

A borracha vulcanizada é mais resistente e tem menos probabilidade de se decompor do que a borracha natural, mas há evidências de que a borracha vulcanizada se biodegradará em caixas de compostagem quentes. A vantagem da vulcanização é que os produtos de borracha podem ser facilmente reformados ou reaproveitados porque são muito duráveis. Pneus de borracha velhos podem ser reformados ou reutilizados como asfalto, cobertura morta para paisagismo, preenchimento de grama ou esteiras para gado. Também pode ser adicionado a compostos.

Conclusão

A vulcanização cria produtos de borracha mais fortes, resistentes e duradouros de maneira econômica. Graças a inventores como Hancock e Goodyear, a borracha vulcanizada tornou-se um produto acessível e acessível que pode ser usado e reutilizado ano após ano.

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