Compostos de Borracha e Sua Evolução

As composições de borracha sofreram até aos dias de hoje uma evolução muito interessante e que foi ditada pelos muitos desenvolvimentos e descobertas que ocorreram, nomeadamente:

• Melhor conhecimento das borrachas;
• Novos tipos de borracha;
• Novos materiais utilizados como aditivos;
• Novos métodos de análise e de ensaio;
• Novos processos de transformação.

A borracha natural, na sua forma mais primária (o látex), foi utilizada por antigas civilizações mesoamericanas para fins tão diversos como impermeabilizações para calçado e peças de vestuário e como substância anti-hemorrágica. Para estes tipos de utilização, a composição da borracha resumia-se tão simplesmente a:

Estudos das civilizações mesoamericanas pré-colombianas mostram que na civilização Olmeca (1500-400 anos AC), que ocupou territórios onde hoje se localizam as cidades de Veracruz e Tabasco, no México central, juntavam ao látex de borracha natural (obtido da espécie Castilla Elástica) um suco extraído de uma espécie botânica chamada Ipomea Alba, o qual, rico em compostos orgânicos sulfurados, conferia uma apreciável elasticidade e resiliência aos produtos de borracha então confeccionados, nomeadamente as bolas de jogar (utilizadas no ball game). Com efeito, os achados arqueológicos deste tipo de bolas permitem verificar que ainda nos dias de hoje apresentam uma elevada resiliência. Pode afirmar-se que esta civilização efectuava então um tipo de vulcanização, a qual, apenas muitos séculos depois, viria a ser descoberta por Charles Goodyear, em 1839.

Pode então dizer-se que a primeira fórmula ou composto de borracha, comportando mais do que um ingrediente, apresentava a seguinte composição:

As aplicações da borracha foram, até 1839 – data da descoberta da vulcanização – muito limitadas, devido a que, com o calor, o material ficava muito pegajoso e, com o frio, tornava-se num material muito quebradiço.

Por este motivo, as suas aplicações na Europa eram muito limitadas e resumiam-se à utilização como borracha de apagar (recomendação de Pristley (1770) – daí a designação de borracha em língua inglesa – rubber) e na impregnação de tecidos (Benson e Peal (1791), Champion (1811) e Macintosh (1823).

A descoberta da vulcanização pelo americano Charles Goodyear, em 1839, permitiu passar a utilizar a borracha num grande número de aplicações. Esta descoberta coincide, praticamente, com a Revolução Industrial. A construção de grandes navios, a construção de comboios e o desenvolvimento da indústria em geral, a que se juntou, na segunda metade do século XIX, a invenção do pneumático, por R. W. Thompson (1845), aperfeiçoado posteriormente por J. B. Dunlop (1888) e aplicado em veículos automóveis por A. Michelin e E. Michelin (1895), aumentaram decisivamente o consumo de borracha natural. A composição da borracha apresentava então o seguinte aspecto:

A borracha com esta composição vulcanizava durante 8 horas a uma temperatura de 141ºC e o material obtido apresentava um módulo a 500% de 25 kg/cm², uma tensão de rotura de 250 kg/cm² e um alongamento na rotura de 950%.

Entretanto foi verificado (1880) que a adição de óxido de zinco possibilitava uma redução do tempo de vulcanização para cerca de metade, para obter o mesmo nível de propriedades. A composição da borracha passou a tomar o seguinte aspecto:

Em 1906, os alemães William Wolfgang e Walter Ostwald e também o americano G. Oenslager descobrem o poder da anilina como acelerador da vulcanização; mais tarde, descobrem o mesmo poder na tiocarbanilida. A composição da borracha passou então a tomar o seguinte aspecto:

Esta composição possibilitava uma vulcanização em cerca de 1h-1h30 minutos a 141ºC.

Em 1921 foi descoberto o efeito acelerante do mercaptobenzotiazol (MBT), descoberta atribuída a Bruno e Romani, italianos e Sebrell e Bedford, americanos. Foi também descoberto que a presença de um ácido gordo (como o ácido esteárico) contribuía para a redução do tempo de vulcanização. O tempo de vulcanização era então de 20 minutos a 141ºC e a composição da borracha tomava o seguinte aspecto:

A descoberta, pelos ingleses S. C. Mote e F. C. Mathews,em 1904, do efeito reforçante do negro de carbono e a utilização de cargas minerais tais como caulino, carbonato de cálcio e carbonato de magnésio, tornaram possível a obtenção de composições mais económicas e com melhores propriedades.

Em 1924 os americanos Winckelman e Gray descobrem o efeito antioxidante de aldol-alfa-naftilamina.

Em 1929 os alemães Bock e Tschunker desenvolvem, na empresa I. G. Farben, a primeira borracha sintética, do tipo estireno butadieno, com a designação de Buna S.

Em 1930, na empresa I. G. Farbenindustrie é iniciado o processo de fabricação da borracha de acrilonitrilo, com a designação de Buna N, um tipo de borracha resistente ao óleo.

Em 1931 a empresa americana DuPont de Nemours inicia a produção da borracha de policloropreno, com o nome de Duprene. Esta borracha foi desenvolvida por Carotherse Collins. Mais tarde, em 1936, esta borracha passou a designar-se por Neopreno, nome ainda hoje utilizado, e que popularizou este tipo de borracha.

Em 1932, a empresa americana Thiokol Corporation desenvolve o processo de fabricação de borracha de polissulfureto.

Em 1939 os americanos Sparkse Thomas desenvolvem o processo de fabricação de borracha butílica, tendo a sua produção industrial sido iniciada de imediato. Este tipo de borracha é conhecido pela sua elevada impermeabilidade aos gases.

Entre 1939 e 1945, em plena Guerra Mundial, é desenvolvido nos Estados Unidos da América do Norte o processo de fabricação de borracha de estireno-butadieno(então designada por GR-S – Government Rubber Styrene) e o processo de fabricação de borracha de acrilonitrilo (então designada por GR-A).

Em 1942 a empresa americana Dow Corning Corporation inicia a produção de borracha de silicone; o desenvolvimento desta borracha é devido ao americano F. S. Kipping.

Os sucessivos desenvolvimentos continuaram até aos dias de hoje, não somente no domínio das borrachas sintéticas e no aperfeiçoamento e modificação da borracha natural, mas também na descoberta de aditivos para as mais diversas finalidades. Todos esses desenvolvimentos contribuíram para que hoje, aos técnicos da borracha, esteja disponibilizado um vasto número de ingredientes que se podem agrupar, segundo a sua função, em várias famílias. Assim, e ainda de uma forma simplificada, o aspecto actual de uma composição de borracha é o seguinte:

A Figura 1 mostra a evolução dos tempos de vulcanização, desde o ano da sua descoberta até à presente data. Actualmente, com sistemas de vulcanização bem concebidos, é possível obter tempos de vulcanização da ordem de 2 minutos e mesmo menos, é certo que a temperaturas bem mais elevadas como acontece, por exemplo, nos processos de moldagem por injecção.

Fig. 1 – evolução dos tempos de vulcanização

Vamos ver na página seguinte um conjunto de conceitos básicos que permitirá a um técnico de borracha poder formular composições para fabricar o mais variado tipo de artefactos.

Deve dizer-se que, não sendo uma tarefa de elevada transcendência, exige uma certa intuição, aliada a um bom conhecimento de todos os tipos de matérias-primas e dos seus efeitos nos compostos, nalguns casos efeitos induzidos pela presença de determinados tipos de matérias-primas (efeitos sinergéticos). Pode, em resumo afirmar-se que a formulação da borracha é ainda uma Arte, cujos resultados são também o fruto da experiência, construída com sucessos e, por vezes, com alguns insucessos.

E não se tenha nunca a veleidade de afirmar que determinado composto é o melhor que se pode fabricar. Na verdade, as variáveis são tantas, que será sempre possível introduzir uma alteração, que por ligeira que seja, possa melhorar uma ou outra propriedade do composto e melhorar o seu desempenho ou durabilidade, por vezes a custo inferior.