Compostos de Ebonite e sua Vulcanização

Os compostos de ebonite caracterizam-se por uma elevada proporção de enxofre para borracha: 30 partes de enxofre para 70 partes de borracha (ver aqui) ou, se apresentarmos na base PHR, 43 partes de enxofre para 100 partes de borracha. O processo de fabrico apresenta alguma complicação, até porque a reacção de formação da ebonite é exotérmica; uma mistura de 68 partes de borracha natural com 32 partes de enxofre liberta cerca de 323 cal/grama. Por este motivo, para cada tipo de ebonite é definida a temperatura crítica de vulcanização, isto é, a temperatura máxima em que é possível vulcanizar a ebonite sem correr o risco de ocorrerem explosões. Também, para obviar este inconveniente, é habitual reduzir-se ao nível de enxofre e adicionar-se uma certa quantidade de pó de ebonite produzida previamente em processos bem controlados, produto que depois é moído e micronizado (ebonite em pó), material que é regularmente comercializado. Outro tipo de pó de ebonite – porém de qualidade inferior – resulta do aproveitamento, também por moagem e micronização, de artefactos de ebonite em fim de vida.

Mas, mesmo nestas condições, a libertação de calor é elevada, como demonstrou W. M. Gall (Em “Rubber Age, N.º 65, 1949, pág.416”) . Uma mistura, não acelerada, com a composição:

Folhas fumadas                100

Pó de ebonite                    125

Enxofre                                45

Óxido de magnésio            10

Plastificante                        10

para uma temperatura de vulcanização de 153ºC, atinge uma temperatura máxima de 245ºC, com 110 minutos de vulcanização. A mesma mistura, para uma temperatura de vulcanização de 142ºC atinge a temperatura máxima de 209ºC, com 190 minutos de vulcanização.

A utilização de aceleradores de vulcanização contribui também para um aumento do calor libertado durante a vulcanização. Um estudo efectuado, comparando o efeito dos diversos tipos de aceleradores permite definir o chamado tempo crítico de vulcanização, tempo que permite obter um nível satisfatório a óptimo de propriedades sem que sejam atingidos níveis de temperatura perigosos.

No Quadro 1 apresentam-se os tempos críticos de vulcanização para vários tipos de aceleradores, em que o nível de dosagem é de 1,5 PHR, na presença de 5 PHR de óxido de zinco ou de magnésio. Para uma vulcanização sem qualquer tipo de acelerador foi considerado um tempo crítico de vulcanização de 100, como base de comparação.

 Nota (1) – Extraído do livro: Rubber as a Construction Material for Corrosion Protection, V.C. Chandrasekaran, Wiley/Scrivener, 2010, pág. 31-32.

Por este facto, a vulcanização das ebonites é, por regra, um processo relativamente lento. Em compostos de ebonite sem aceleradores de vulcanização, vulcanizações com a duração de 6 a 7 horas são frequentes. Durante o processo, o composto passa por três estágios: uma fase de um vulcanizado macio, depois uma fase de semi-ebonite e, finalmente, uma fase de ebonite. Uma análise da evolução do grau de vulcanização de uma ebonite com a relação borracha:enxofre de 68:32, mostra que este aumenta rapidamente ao fim de 4 a 5 horas e no termo desta fase está praticamente completada a formação da ebonite e obtidas as suas principais propriedades. A variação de propriedades que ocorre depois das 5 horas de vulcanização e até ao seu termo desta são relativamente pequenas.

Composições de ebonite, contendo sistema de aceleração e um apreciável nível de cargas minerais – o que lhe aumenta a condutividade calorífica, podem ser vulcanizadas em cerca de 3 a 3,5 horas. Para artefactos relativamente pouco espessos, deve efectuar-se um aumento progressivo de temperatura, com a duração de 1 hora até atingir 150ºC e depois proceder-se a uma vulcanização efectiva de mais duas horas a 150ºC. Os processos geralmente utilizados para vulcanizar compostos de ebonite são quatro:

O processo a utilizar depende, obviamente do tipo de artefacto a vulcanizar. As vulcanizações em molde são utilizadas para artefactos com configurações geométricas apenas possíveis de obter por moldagem. Os restantes processos destinam-se quase exclusivamente ao revestimento de equipamentos para as Indústrias Química e de Galvanoplastia, por exemplo (os três últimos métodos), e revestimento de cilindros, para várias aplicações (vulcanização em vapor directo).

Podem ser obtidas ebonites com borracha natural (NR), borracha de estireno butadieno (SBR), borracha de acrilonitrilo butadieno (NBR) e borracha de polibutadieno (BR). Alguns tipos de ebonite podem incluir borracha regenerada. Além do elastómero os compostos de ebonite contêm um nível elevado de enxofre, ebonite em pó, plastificantes (normalmente um óleo mineral), cargas (em geral, também de origem mineral, tais como óxidos de zinco e de magnésio – que desempenham também um papel de activadores, carbonatos de cálcio, quartzo moído, sulfato de bário, cargas siliciosas e silicatos complexos, como talco e caulinos. Alguns tipos de ebonites são carregadas com negro de carbono. A grafite é utilizada nalguns compostos, sobretudo em situações em que o artefacto de ebonite sobre operações de maquinagem e também na melhoria da resistência química. A utilização de antioxidantes não é imperiosa. Os aceleradores mais utilizados são os produtos de condensação aldeído/aminas, tiurames e o dissulfureto de dibenzotiazilo.

As ebonites possuem, de um modo geral uma cor acastanha escura ou mesmo negro. Ebonites de cor branca são praticamente impossíveis de obter; podem ser obtidas numa cor amarelada, desde que os compostos não possuam ingredientes escuros (borracha regenerada ou grafite, por exemplo), mas com elevadas dosagens de dióxido de titânio. Algumas colorações podem ser obtidas com pigmentos de cádmio (cores amarela e laranja), sulfureto de mercúrio (cor vermelha) e óxido de crómio (cor verde).

Coeficiente de Vulcanização

O coeficiente de vulcanização é definido como a quantidade, em peso, de enxofre, combinadas com 100 partes em peso de hidrocarboneto borracha (não saturada). Essa quantidade, dependendo do grau de insaturação presente, é variável de borracha para borracha. É o que se mostra no Quadro 2, para as borrachas natural (NR), estireno butadieno (SBR), polibutadieno (BR) e acrilonitrilo polibutadieno (NBR), neste caso com diferentes níveis de acrilonitrilo (AcN).