1. Introdução

O presente trabalho de pesquisa insere-se na cadeira de Química

Macromolecular, a Química que estuda as macromoléculas. Tal como muitos

outros trabalhos que foram e serão apresentados pelos colegas, este descreverá

certos conteúdos programáticos da cadeira.

Esta pesquisa visa fundamentalmente descrever a Borracha Natural em vários

aspectos, tais como, sua ocorrência na natureza, seus tipos processos técnicos

da sua produção.

É sabido que a natureza é a “mãe” da indústria, isto é, constitui a fonte de

matéria-prima para o desenvolvimento industrial. A Borracha Natural, um

material elástico também encontra-se na natureza, especificamente no látex da

Hevea Brasilienis (Seringueira) e de muitos outros vegetais.

A borracha, era conhecida pelas civilizações pré-colombianas e foi introduzida

na sociedade industrial quando da descoberta do novo continente. A descoberta

da América (nativos Índios ocidentais) por Colombo, foi um marco histórico na

descoberta da borracha, pois, este descobriu que o material com o qual os

nativos Índios jogavam a bola era a borracha.

O material (Borracha Natural), é produto das Américas, mas só consegui o seu

desenvolvimento pelo transplante para o Oriente.

Charles Goodyear deu um passo importante, ao descobrir a vulcanização da

borracha, onde esta é sujeita a certas reacções químicas que culminam com

novas propriedades, mais consistentes para a indústria moderna.

A borracha é um dos materiais que não podem desaparecer da Industria e

sociedade moderna dada a sua importância, senão vejamos: é base para o

fabrico de pneumáticos de alta segurança na rodagem de veículos, fabrico de

cabos eléctricos, fios de tecido, tecidos permeáveis, etc.

1.2 Objectivos

1.2.1 Geral

Descrever a Borracha Natural desde a fonte, sua extracção, processos

técnicos industriais da sua produção bem como a sua aplicação.

1.2.2 Específicos

Fazer uma breve descrição do historial da borracha;

Mencionar os tipos da Borracha Natural;

Caracterizar os tipos da Borracha Natural (propriedades específica);

Explicar os processos técnicos da vulcanização da borracha;

Explicar os processos técnicos da recauchutagem do pneu;

Indicar a importância da borracha na sociedade moderna.

1.3 Metodologia

Para a realização do presente trabalho com vista ao alcance dos objectivos

preconizados, constituiu como metodologia básica a pesquisa bibliográfica. Esta

pesquisa consistiu na consulta de varias obras literárias e de alguns artigos em

Internet.

Como técnica, o grupo fez a análise da informação recolhida, sua interpretação,

bem como breves sugestões que reflectiam a análise

2. História da Borracha

Os primeiros indícios da existência da borracha deram-se na Índias Ocidentais,

quando Colombo observou que estes praticavam jogos com bolas de borracha.

Foram descobertos pois, artigos de borracha no Poço dos Maias no Yucatan.

Apesar de a borracha ser um produto das Américas, ela teve o seu

desenvolvimento pelo transplante para o Oriente.

O nome inglês “Rubber” foi dado aparentemente por Priestley que pela primeira

vez observou a capacidade de o material apagar (“rub out”) o traço de lápis (a

denominação em português provem de “borracha” odre de vinho, feito com o

material.

Os esforços em produzir a borracha sintética foram feitos em virtude da

formação de substâncias parecidas com a borracha, que se formam em

consequência das tentativas de purificar e guardar materiais como o estireno,

butadieno e o isopreno, obtidas na destilação destruída da borracha natural. A

ampla pesquisa realizada no período de 1920-1930 levou à descoberta da co-

polimerização do butadieno e estireno, em emulsão, e do butadieno e

acrilonitrila.

A descoberta da vulcanização da borracha mediante o enxofre, pela Empresa

Goodyear em 1839, tornou possível a eliminação do comportamento pegajoso

da borracha, facilitando, deste modo, a sua comercialização.

Um episodio histórico de grande significado foi a suspenso das importações

Americanas da Borracha Natural em virtude das invasões Nipónicas

(Japonesas) de 1941 que culminaram, posteriormente, com a pesquisa e

fabricação de várias borrachas sintéticas.

3. Borracha Natural

Segundo GLINKA (1984:179) “as borracha são os matérias elásticos, dos quais

por via de tratamento especial se obtêm a borracha vulcanizada.

A Borracha Natural é um polímero insaturado de um dieno conjugado,

especificamente o isopreno (2-metialbutadieno-1,3), contido no látex de muitas

plantas.

3.1 Fontes da Borracha Natural

As fontes da borracha natural são as plantas tropicais, especificamente a

seringueira (Hevea brasiliensies), por esta ser tão eficiente na produção do suco

leitoso (látex), onde encontra-se a Borracha Natural.

Embora não sejam tão eficientes na produção do látex, sugere-se ainda como

fontes da Borracha Natural, o dente-de-leão (Taraxum), o Guaiúle (Partenium

argentatum), a Virgaurea (Solidago virga aurens), a Machura (Machura

pomifera) e numerosos outros vegetais.

A árvore leva aproximadamente 7 anos até atingir a idade de produção e pode

continuar a fornecer o látex durante vários anos.

Fig. 1: Campo de seringueiras (Havea Brasiliensies)

3.2 Tipos de Borracha Natural

Existem basicamente dois tipos de Borracha Natural, a saber: o Caúcho e a

Guta-percha.

3.2.1 Caúcho

O caúcho é um polímero (de isopreno) de alto peso molecular existente no suco

leitoso (látex) de árvores ditas laticíferas (seringueira).

Estruturalmente, o caúcho é um hidrocarboneto insaturado de alto peso

molecular com unidades isoprénicas (C5H8) cujo número (de unidades), segundo

GLINKA (1984:179), varia de 1000 a 3000.

Espacialmente, o caúcho apresenta configuração Cis em todas as ligações

duplas.

CH3 [ - CH2 – C = CH- CH2 -]n

| |nCH2 = C- CH=CH2 CH3 Isopreno Cis-1,4 – poliisopreno (borracha natural) ou

caúcho

3.2.2 Guta-percha

A guta-percha é também um polímero (de isopreno) de alto peso molecular,

contudo, esta é abundante no suco leitoso do Guaiúle (Partenium argentatum).

Difere-se estruturalmente do Caúcho pela configuração espacial da moléculas,

dado que esta (guta-percha) apresenta a configuração Trans em todas as

ligações duplas.

CH3 [ - CH2 – C = CH- CH2 -]n

| |nCH2 = C- CH=CH2 CH3 Isopreno Trans-1,4 – poliisopreno (borracha natural) ou guta-

percha

3.2.3 Propriedades do monómero (Isopreno)

O isopreno é um dieno conjugado, aparece normalmente no estado liquido, é

insolúvel em água, mas solúvel em solventes orgânicos. Sofre reacções de

adição e oxidação, bem como a polimerização na posições 1,4 produzindo o

poliisopreno.

3.3 propriedades da Borracha crua

Comummente, a borracha crua, devido à presença da molécula do poliisopreno

na sua composição, torna-se plástica por acção do calor. Esticada e esfriada a

temperatura muito baixa é quebradiça e, quando martelada, fragmenta-se em

filamentos. É um elastómero, termoplástico e deteriora-se na presença da luz

solar devido à sua reacção com o oxigénio. É termofixo, isto é, torna-se flexível

ao ser aquecido e por isso adquire forma por extrusão e moldagem. É viscosa e

instável.

Especificamente, o caúcho apresenta cadeias longas e flexíveis, forças

intermoleculares fracas ( forças de Van Der Waals) e reticulação pouco densa. A

guta-percha, devido a configuração trans nas suas ligações duplas que se

dispõe em zigue-zague altamente regular, apresenta as suas cadeias bem

ajustadas umas às outras. Por isso, ela é altamente cristalina e não elástica.

3.4 Aplicações da borracha crua

A Borracha Natural é principalmente usada na fabricação de pneus (material

inflamável utilizado principalmente para a rodagem em veículos automóveis e

bicicletas). É também usada na fabricação de tecidos impermeáveis utilizados

na confecção de capas de chuva, foros de superfícies e é componente principal

de fabricação de mangueiras.

Por outro lado, a Borracha Natural é usada como matéria-prima em reacções

químicas para originar diversos derivados com outra natureza, senão vejamos:

faz reacções de adição com halogenetos e forma borrachas halogenadas

(resistentes ao ataque químico) que são úteis como ingredientes de tintas. O

cloreto de borracha (borracha halogenada) forma películas usadas em

embalagens.

4. Produção da Borracha Natural

A borracha é uma substancia em partículas contida no látex de muitas plantas.

O látex é um liquido de aspecto leitoso, existente em plantas ditas laticíferas;

pode mostrar-se incolor, amarelo, alaranjado, vermelho e, mais comummente

branco.

O látex é obtido fazendo incisões no tronco, pelas quais escorre e é recolhido

em pequenas tigelas que devem ser recolhidas com frequência para evitar a

putrefacção ou a contaminação.

Fig.2: Processo de extracção do látex através de incisões em laticíferas.

O latex assim recolhido, é transportado para as estacões centrais, onde é coado,

adicionando lhe um preservativo (NH3) para garantir a sua estabilidade.

A borracha é separada do látex através da coagulação, processo que consiste

na adição de vários ácidos ou sais ao látex e, a borracha separa-se do liquido na

forma de uma massa branca, pastosa, que é moída e calandrada, para remover

contaminantes e secá-la.

No processo da coagulação e secagem, precipita-se a borracha da emulsão do

látex ou da solução do solvente, na forma de grumos e, estes são secos e

comprimidos num fardo. A coagulação é facilmente permitida pela adição de

cloreto de sódio ou ácido sulfúrico diluído, alúmen ou de quase que qualquer

outra combinação de um electrólito e um ácido diluído.

Os grumos coagulados são separados do soro e lavados em peneiras vibratórias

ou em filtros rotatórios e secados em temperaturas convenientes. A borracha é

um material difícil de secar, e é necessário cuidado para não superaquecé-la, o

que provoca a sua deterioração.

Como a borracha é um material plástico, ela pode ser calandrada, moldada e

extrudada.

Calandragem ou revestimento: consiste no revestimento de tecidos para

impermeabilizá-los, isto é, neste processo, os compostos da borracha são

aplicados ao tecido, impregnando se o composto no tecido por meio da

passagem em calandras de vários cilindros.

Moldagem: os compostos de borracha podem ser moldados em quase qualquer

forma, que fica mantida quando o composto é vulcanizado num molde. Esta

moldagem é possível quando o composto da borracha estiver na forma de uma

massa plástica.

Exemplo: a bola de ténis.

Extrusão: muitos artefactos de borracha tais como mangueiras, tiras vedantes e

tubos internos, são fabricados por extrusão da massa plástica da borracha, que

pode ser vulcanizada durante ou depois da operação.

Fig.3. Fluxograma de produção de produção da Borracha natural

A borracha sintética é o conjunto dos compostos produzidos com a finalidade

de reduzir as propriedades da Borracha Natural. O produto sintético tem a

vantagem de ser mais limpo e de qualidade mais uniforme, para além da sua

melhor resistência ao envelhecimento, às rachaduras e à brasão.

5. Vulcanização da Borracha Natural

Nas primeiras décadas do século XIX, Charles Goodyear deixou cair enxofre e

borracha sobre o fogo e percebeu que a borracha adquiria uma consistência

mais sólida; estava dando assim os primeiros passos no desenvolvimento da

vulcanização (adição a altas temperaturas, do elemento enxofre) da borracha.

Em 1840, Charles Goodyear nos E.U.A. e Thomas Hancock na Inglaterra,

patentearam o processo da vulcanização que, embora produzisse um material

bastante superior à borracha não vulcanizada, ainda estava longe do ideal. Foi

com a introdução de aceleradores inorgânicos (zinco; cálcio; magnésio;

chumbo;...) e orgânicos (guanidinas, sais do ácido ditiocarbâmico, 2-

Mercaptobenzotiazol) que o processo adquiriu a forma e os resultados

conhecidos actualmente.

A vulcanização da borracha pode ser definida como a sua combinação

química com certos corpos chamados vulcanizantes, através da interligação das

moléculas do hidrocarboneto, por meio de átomos ou moléculas do agente

vulcanizante, ligados a átomos de carbono que inicialmente apresentavam dupla

ligação.

5.1 Tipos de vulcanização

5.1.1 Vulcanização com enxofre

A vulcanização com enxofre consiste numa reacção química entre a borracha e

o enxofre, resultando na formação de pontes de dois ou mais átomos de enxofre

entre as cadeias do polímero. Estas pontes são permitidas pela existência de

ligações duplas na molécula da borracha. É uma reacção irreversível.

Equação da reacção:

CH3 CH3

| | 2 [- CH2 – C = CH – CH2 – CH2 – C = CH – CH2 -] S calor catalizador Borracha Natural

| | CH3 Sx CH3 Sx | | | | –CH2 – C – CH - CH2-CH2 - C – CH - CH2 - | | Sx Sx | | –CH2 – C – CH - CH2-CH2 - C– CH - CH2 -

| | | | CH3 Sx CH3 Sx

| Borracha Vulcanizada |Onde X na equação indica o numero de átomos de enxofre que podem fazer a ponte entre as cadeias do polímero

O enxofre “quebra” as duplas ligações e “liga” a molécula do poliisopreno às

outras moléculas vizinhas.

A vulcanização é realizada por um lado com enxofre a temperatura de 120-160º

C (vulcanização quente) ou à temperatura normal com dicloreto de enxofre

(vulcanização fria).

5.1.2 Vulcanização sem enxofre

Neste tipo de vulcanização, usam-se agentes vulcanizantes diferentes de

enxofre, tais como: óxidos metálicos, ou dos compostos difuncionais ou dos

peróxidos.

5.1.2.1 Óxidos metálicos

Os agentes vulcanizantes são os óxidos metálicos.

Exemplo: as borrachas vulcanizadas de nitrilo carboxilado, de butadieno e de

butadieno estireno resultam da reacção do óxido de zinco com grupos

carboxilados da cadeia principal. Os óxidos de zinco e de magnésio podem

vulcanizar os policloropenos.

5.1.2.2 Compostos difuncionais

Certos compostos difuncionais formam reticulações com borrachas, reagindo

para ligar cadeias do polímero em redes.

Exemplo: as resinas epoxy são usadas com borrachas acrilonitrilobutadieno.

5.1.2.3 Peróxidos

Os peróxidos orgânicos são vulcanizantes para borrachas saturadas ou que não

contem qualquer grupo reactivo capaz de formar reticulações. Estes, nao entram

na cadeia do polímero, mas produzem radicais que formam ligações carbono-

carbono adjacentes do polimero.

Nao é aconselhável a realização da vulcanização por peróxidos na presença do

oxigénio ou ar quente, porque um radical transferido do peróxido para a cadeia

do polimero pode ser oxidado, formando um hidroperóxido, pois este, nao

contribui para a formação de reticulações.

5.2 Propriedades e aplicação da borracha vulcanizada

É dura, com 5-8% de enxofre ela é elástica e resistente ao calor (não é

sensível ao calor); com 30% de enxofre ela torna se rígida e é conhecida

como ebonite;

Sofre deformações que cessadas retoma às suas dimensões iniciais,

mesmo em condições extremas de temperatura.

É aplicada na industria moderna para o fabrico de cabos eléctricos, de

fios de tecidos, de tecidos impermeáveis, de pneumáticos com mais

segurança nas freadas e diminuindo a trepidação dos veículos; de cintas;

etc.

6. Recauchutagem do pneu

A recauchutagem do pneu consiste na adição de novas camadas de borracha

nos pneus “carecas” ou sem friso, de modo a aumentar a sua vida útil.

As principais matérias-primas usadas na recauchutagem são:

Camelback: constituído basicamente de borracha sintética, borracha

natural e negro-de-fumo;

Cola especial;

Borracha de ligação;

Laminados (borracha para acabamento).

A recauchutagem de pneus divide se em duas fases:

1ª Fase: Preparação

A preparação consiste no “exame da carcaça” para verificar se esta encontra-se

em condições de reaproveitamento. Se ela encontrar-se em condições de

reaproveitamento, ocorrer a raspagem (retirada da camada de borracha para

deixar a carcaça na camada de lona). Sobre a carcaça, aplica-se uma cola

especial; deixa-se secar e seguidamente aplica-se uma camada de borracha

chamada de camelback que, proporciona o perfil original do pneu, no entanto, a

borracha ainda continua lisa.

As máquinas usadas na preparação são:

1. Máquina de Inspecção: usada para inspeccionar a carcaça, onde

detectam-se avarias e qualidade da carcaça. Mal executada, esta fase

leva a desperdícios (perda do material, tempo, insatisfação e descrédito

do consumidor final).

Fig. 4: Máquina de Inspecção

2. Máquina de raspagem: esta raspa a carcaça, removendo a borracha

remanescente da banda de rodagem, configurando a carcaça no

diâmetro, contorno e textura de raspagem.

Fig. 5: Máquinas de raspagem

3. Esmerilhadeira: usada para corrigir imperfeições, pois o objectivo da

máquina é de deixar o pneu uniforme, assemelha-se muito com uma

lâmina de barbear.

4. Cabine (pistola): usada para a aplicação da cola.

5. Máquina para a cobertura: usada para apertar o camelback.

2ª Fase: Vulcanização

A vulcanização ocorre em altas temperaturas (150º C) e que é variável para

cada tipo de pneu em função da espessura, por exemplo, o ciclo de

vulcanização para o pneu de um carro demora em torno de 35 minutos enquanto

que o de um pneu de um camião demora em torno de duas horas.

Nesta fase, são usadas como máquinas as prensa de vulcanização, que tem o

molde original do pneu (antes o pneu estava liso). Finalmente faz-se o

acabamento do pneu, que do ponto de vista prático, consiste na limpeza, pintura

e rebartamento.

A recauchutagem economiza cerca de 80% de matéria-prima e de energia.

Fig.6: Composição química media de um pneu.

Automóvel Camião

Material % %

Borracha/Elastómero 48 45

Negro-de-fumo 22 22

Aço 15 25

Tecido de nylon 5 -

Oxido de zinco 1 2

Enxofre 1 1

aditivos 8 5

Fig. 7: Comparação dos materiais contidos no pneu

7. Mitigadores ou amolecedores e Pigmentos

No processamento da borracha, utilizam-se reagentes que modificam os

elastómeros básicos e atribuem qualidades melhoradas aos artefactos

acabados, como elasticidade e resistência. Alguns desses reagentes são os

amolecedores e pigmentos.

Amolecedores: óleos de petróleo; alcatroes e resinas de pinho; fracções do

alcatrão do carvão.

Pigmentos: negro-de-fumo (produto da combustão incompleta do metano);

óxido de zinco; certas argilas; carbonato de cálcio; dióxido de titânio; pigmentos

corados.

8. Conclusão

A descoberta do novo continente (América) por parte do Colombo, foi um marco

importante na descoberta da borracha, pois, Colombo observou que os nativos

Americanos praticavam jogos com bolas de borracha.

A Borracha Natural é um material da agricultura, posto que a sua fonte natural

são as plantas tropicais ditas laticíferas. Ela é abundante no suco leitoso (látex)

da Havea Brasiliensies (seringueira), onde forma o polímero poliisopreno.

Os principais tipos de Borracha Natural são o caúcho e a guta-percha. Estes

diferem-se principalmente na disposição espacial da suas moléculas, o que vai

ditar diferenças significativas das suas propriedades. O caúcho existe na forma

Cis, o que faz com que suas cadeias longas sejam flexíveis liguem-se por forças

intermoleculares fracas, enquanto que a guta-percha, por abundar na forma

Trans, forma um zigue-zague altamente regular, cristalino e não elástico.

A vulcanização é um processo técnico do tratamento da borracha, que consiste

na combinação da borracha com agentes vulcanizantes que, dão a esta

propriedades diferentes da borracha não vulcanizada. Esta é dura, elástica e

resistente ao calor. Sofre deformações que cessadas retoma a dimensões

iniciais. Existe a vulcanização com enxofre e a vulcanização sem enxofre.

A recauchutagem é também um processo técnico que consiste na adição de

novas camadas de borracha nos pneus “carecas” de modo a aumentar a sua

utilidade. Esta tem a vantagem de economizar a matéria-prima e energia.

Nos processos técnicos de produção e tratamento da borracha, são adicionados

reagentes que modificam os elastómeros básicos, atribuindo qualidades

melhores aos artefactos acabados. Tais reagentes podem ser os amolecedores

(óleos de petróleo, alcatroes, etc.) e pigmentos ( negro-de-fumo, óxidos de

zinco, de cálcio, etc.)

A borracha é um material de extrema importância na industria e sociedades

modernas, pois é usada no fabrico de pneumáticos de boa rodagem nos

veículos; cabos eléctricos; tecidos impermeáveis; fios de tecido; etc.

9. Bibliografia

ALLINGER, Norman L. at all. Química Orgânica. 2ª Edição. LTC. Rio de

Janeiro. 1976.

FELTRE, Ricardo. Química Orgânica. 3ª Edição. Editora Moderna. São

Paulo. 1988. vol.3.

GLINKA, N. Química Geral 2. Mir. Moscovo. 1984.

MORRISON. R.; BOYO, R. Química Orgânica. 13ª Edição. Fundação

Calouste Gulbenkian. Lisboa. 1996.

SHREVE, R. Norris; JR, Joseph A. Brink. Indústria de Processos

Químicos. 4a Edição. Editora Guanabara. Rio de Janeiro. 1997.

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Índice

1. Introdução..........................................................................................................1

1.2 Objectivos....................................................................................................2

1.3 Metodologia.................................................................................................2

2. História da Borracha..........................................................................................3

3. Borracha Natural...............................................................................................4

3.1 Fontes da Borracha Natural.........................................................................4

3.2 Tipos de Borracha Natural...........................................................................4

3.3 propriedades da Borracha crua....................................................................4

3.4 Aplicações da borracha crua.......................................................................4

4. Produção da Borracha Natural..........................................................................4

5. Vulcanização da Borracha Natural....................................................................4

5.1 Tipos de vulcanização.................................................................................4

5.2 Propriedades e aplicação da borracha vulcanizada....................................4

6. Recauchutagem do pneu..................................................................................4

7. Mitigadores ou amolecedores e Pigmentos.......................................................4

8. Conclusão..........................................................................................................4

9. Bibliografia.........................................................................................................4

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