A Descoberta da Vulcanização

Introdução

Vimos que na civilização Olmeca (v. “Os primeiros materiais poliméricos“), que viveu no sul do México no período compreendido entre 1800 e 150 anos AC, já era utilizada borracha natural, supostamente “vulcanizada”, por mistura no látex da seiva, muito rica em enxofre, de uma planta chamada “dama da noite” ou “boa noite” (ipomea alba), num processo químico equivalente ao que viria a ser descoberto cerca de 3500 anos mais tarde. Note-se que a palavra “Olmeca” significa, na linguagem dos Aztecas (o núatle), “povo da borracha”.

Em 1834, e independentemente, o alemão Friederich Ludersdorfe o americano Nathaniel Hayward verificaram que a adição de enxofre à borracha a tornava menos pegajosa, quando esta era aquecida. Contudo, a verdadeira influência do calor na borracha misturada com enxofre foi, acidentalmente, descoberta pelo americano Charles Goodyear em 1839, fenómeno a que foi dado o nome de Vulcanização, pelo seu amigo William Brockeden; a palavra Vulcanização é derivada de Vulcano, Deus do Fogo, na mitologia romana. Esta descoberta foi também reivindicada por um inglês, Thomas Hancock, que em 1843 regista uma patente semelhante à de Charles Goodyear.

 

Mas afinal, em que consiste a vulcanização?

A borracha natural é um polímero natural constituído por unidades de isopreno (C₅H₈), de que existem dois isómeros (cis e trans) (Figura 1):

A borracha natural é constituída essencialmente pela variante cis. A configuração do polímero natural é a seguinte (Figura 2): Nesta cadeia hidrocarbonada (na figura, os átomos de cor cinzento escuro) existe, por cada unidade monomérica, uma ligação dupla C=C que é susceptível de ser cindida. Quando se submete à acção do calor uma mistura de borracha natural com enxofre, os átomos de enxofre atacam essa dupla ligação e estabelecem, mediante ligações do tipo covalente, pontes de átomos de enxofre entre as cadeias moleculares, formando uma verdadeira rede tridimensional (Figura 3).

O enxofre tem o papel de agente de vulcanização.

Fisicamente o fenómeno que ocorre tem o seguinte significado: antes de reacção com o enxofre, as moléculas de borracha podem deslocar-se livremente e tanto mais facilmente quanto mais elevada for a temperatura; se a borracha for deformada, assim permanecerá, mesmo que cesse a força que provocou a deformação (Figuras 4.1 e 4.2). Se a borracha tiver sido vulcanizada, as cadeias moleculares não possuem o mesmo grau de liberdade, pois as ligações estabelecidas pelos átomos de enxofre restringem esses movimentos. O emaranhado de cadeias moleculares pode deformar-se, mas logo que cessa a força, as cadeias tendem a ocupar, muito aproximadamente, as suas posições iniciais (Figura 5):

Pode então dizer-se que a vulcanização se traduz, na prática, na passagem da borracha de um estado plástico para um estado elástico. É este estado elástico, de facto, a importante característica da borracha vulcanizada.