Resenha Histórica do Uso dos Materiais

Há cerca de 3.000.000 de anos, quando surgiram os primeiros seres humanos na terra, as suas necessidades básicas de sobrevivência (alimentos e vestuário), que eram asseguradas pela recolha de raízes, folhas e frutos e por actividades de caça, levaram o Homem a explorar os recursos materiais naturais que o rodeavam e a produzir os mais rudimentares utensílios para seu uso e defesa pessoal (verdadeiras armas pré-históricas). Já em pleno Paleolítico (cerca de 2 milhões de anos atrás), o Homem utiliza correntemente, no fabrico de instrumentos de caça e de defesa pessoal, madeira, osso, sílex e fibras vegetais. E protegia o seu corpo com peles dos animais capturados. Era com este número limitado de materiais que o Homem pré-histórico podia contar!

A utilização do fogo pelo Homem veio permitir, inicialmente, a introdução de melhores condições de vida, quer na preparação dos seus alimentos, quer no aquecimento, quer na iluminação quer ainda como meio de defesa pessoal. Os vestígios mais antigos do uso do fogo pelo Homem datam de 790.000 anos AC (em Gesher Benot Ya’aqov, Israel), mas existem muitas outras evidências da utilização de estruturas de combustão que remontam ao período compreendido entre os 450.000 anos AC e os 200.000 anos AC, portanto ainda em pleno período Paleolítico Inferior.

Admite-se que o Homem conheceu o fogo provocado por vulcões ou por descargas eléctricas atmosféricas. Mas desde logo se colocaram os problemas de controlar esse fogo e de o manter activo, pois que não sabiam alimentar a combustão nem tampouco como iniciar o fogo. Esses conhecimentos surgiriam posteriormente. A madeira, já utilizada na confecção de alguns objectos, nomeadamente de armas e armadilhas, foi o combustível utilizado. A utilização do fogo pelo Homem foi, mais tarde, decisiva na introdução de novos materiais e de novas tecnologias, nomeadamente na utilização de materiais cerâmicos e de metais.

A utilização da madeira

Há cerca de 400 milhões de anos, no período Devoniano, (praticamente a meio da era Paleozóica), ocorreu na Terra um dos seus mais importantes eventos: o surgimento das espécies vegetais. Este período marca uma verdadeira invasão do nosso planeta pelas plantas, criando-se então grandes florestas.

Admite-se que as plantas serão o resultado evolutivo de algas que terão aparecido há cerca de 480 milhões de anos – algas verdes – espécies já extintas. A adaptação à vida terrestre e a necessidade de água terá proporcionado a evolução dos tecidos condutores, com o aparecimento das primeiras plantas vasculares, depois o aparecimento das primeiras plantas vasculares com semente e, posteriormente, ao aparecimento das primeiras plantas vasculares com flor; uma tese defende que a primeira tenha sido uma árvore da família das Magnólias (Magnoliaceae); uma outra tese defende que tenha sido um arbusto da espécie do género Amborella. Dentre as primitivas espécies são referidas: Araucaria mirabilis; Archaeopteris; Calamites; Cycads; Glossopteris; Horsetails; Hymenaea protera; Protosalvinia e Whisk fern.

Posteriormente foram surgindo então as várias espécies vegetais hoje conhecidas, das quais destacamos: abetos, acácias, amieiros, árvore da borracha (ficus elástica), azinheiras; carvalhos, castanheiros, cedros, choupos, ciprestes, damasqueiros, eucaliptos, faias, figueiras (ficus carica), freixos, larícios (variedade de pinheiro), loureiros, magnólias, nogueiras, oliveiras, pau-ferro, pinheiros, plátanos, salgueiros, sândalos, sequóias, seringueiras, sobreiros, tílias, ulmeiros, vidoeiros, etc., que predominam nos locais da Terra onde as condições climáticas lhes são mais favoráveis. No decurso dos milénios, o Homem contribuiu também para a disseminação das várias espécies pelas várias regiões do globo.

A madeiras das árvores – particularmente os seus ramos – foram utilizados pelos primeiros seres humanos na confecção de armas de caça e de defesa, em combinação com outros componentes, como a pedra lascada e fibras vegetais ou mesmo tendões de animais. Alguns tipos de folhagem, alguns tipos de raízes e frutos foram também utilizados como fonte de alimentação. Mais tarde, após a descoberta e domínio do fogo, os ramos das árvores, troncos e a sua folhagem foram utilizados como combustíveis.

Os primeiros materiais cerâmicos e vidro

Os materiais cerâmicos constituem o grupo de materiais artificiais mais antigos produzidos pelo Homem e têm a sua origem assinalada no período compreendido entre os 29.000 anos AC e os 25.000 anos AC. A designação de cerâmico provem da palavra grega “kéramos”, que significa “terra queimada”. Os objectos produzidos eram muito simples, tendo evoluído posteriormente para objectos muito mais elaborados.

Cerca de 20 anos AC os romanos inventam uma espécie de cimento e cerca de 700 anos AD é inventada a porcelana. Por se tratar de um material com uma excelente resistência, é encontrado com relativa abundância em escavações arqueológicas.

Relativamente ao vidro, foram encontradas evidências de “obsidiana” – um vidro natural de origem vulcânica, ter sido utilizado por várias civilizações, um tanto por tudo o mundo, nomeadamente por:

Há cerca de 5000 anos AC, O Homem terá produzido pela primeira vez o vidro. A descoberta é atribuída a mercadores fenícios, que terão acidentalmente produzido vidro ao confeccionarem, numa praia, a sua refeição. As panelas estariam apoiadas em blocos de nitrato de sódio os quais, na presença da areia e pela acção do calor da fogueira, se transformaram num material transparente, líquido quando quente.

Existem também evidências de que no Antigo Egipto, na época do faraós da 18ª Dinastia, cerca de 1500 anos AC, já era conhecida a produção de vidro, com que faziam contas de vidro e diversos objectos de adorno e mesmo de uso pessoal.

Nos primórdios do Império Romano, 100 anos AC., os romanos produziam vidro por uma técnica de sopro, em moldes, para confeccionar os vidros para as janelas das suas habitações. Entre 500 e 600 anos AD, foi inventado um novo método, o qual possibilitou a execução de vidro plano.

Os primeiros materiais metálicos

A primeira utilização de ouro parece ter ocorrido cerca de 6000 anos AC, na região dos Balcãs (actual Bulgária), cerca de 2000 anos antes do estabelecimento da primeira civilização na Mesoptâmia; utilizado sobretudo como objectos de adorno. A utilização do cobre parece ter ocorrido cerca de 5000 anos AC, também na região dos Balcãs, onde foi inventada a metalurgia deste metal (cobre nativo), metal que foi utilizado para o fabrico de objectos de ornamentação. Cerca de 2000 anos AC foi inventado o bronze, utilizado sobretudo no fabrico de armamento. No período compreendido entre 1800 e 1200 anos AC é inventada a metalurgia do ferro. A produção do aço parece ter-se iniciado cerca de 1400 anos AD. Cerca de 1000 anos AC foi utilizada uma liga de estanho e chumbo.

Os primeiros materiais compósitos

Poderíamos pensar que a história dos materiais compósitos é relativamente recente. Com efeito, o seu grande desenvolvimento surge na década de 60, embora os primeiros materiais compósitos recentes tenham surgido no final da década de 30.

Contudo, pode dizer-se que a utilização de materiais compósitos remonta à antiguidade, ao período Neolítico, quando os tijolos eram fabricados com barro e palha (2500 anos AC), os sarcófagos eram fabricados com madeira aglomerada (1500 anos AC) e os arcos eram verdadeiras estruturas compósitas laminadas, constituídas por madeira e outros materiais como pele, osso, chifre e tendões (800 anos AC).

Um material compósito é o resultado da combinação de dois ou mais diferentes materiais. Os materiais compósitos podem ser classificados de maneiras diferentes:

De acordo com os materiais que os constituem, os materiais compósitos podem classificar-se em três grandes grupos:

De acordo com os processos de fabrico, os materiais compósitos podem classificar-se em dois grandes grupos:

Os primeiros materiais poliméricos

Embora o conhecimento e desenvolvimento dos materiais poliméricos tenha ocorrido no início do século XX, materiais poliméricos naturais são utilizados há milénios. Desde os tempos pré-históricos que o homem tem usado materiais poliméricos, tais como a celulose (substância existente na madeira e nas fibras vegetais), peles, tendões de animais, polisacarídeos como o amido (substância que existe nos produtos vegetais como trigo, arroz, feijão, milho e batata, etc.).

Alguns materiais naturais, tais como o âmbar, que é uma resina fóssil de origem vegetal e de características termoplásticas e a shellac, que é uma resina obtida de insectos, admite-se tenham sido utilizadas desde a Idade da Pedra (Paleolítico). A resina de âmbar foi também encontrada em túmulos egípcios, datados de 3200 anos AC.

Na civilização Olmeca, 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 de uma planta chamada “dama da noite” ou “boa noite” (ipomea alba), num processo químico equivalente ao que viria a ser descoberto por Charles Goodyear, e que o antecedeu em cerca de 3500 anos. O conteúdo de enxofre da seiva desta planta serviria para vulcanizar a borracha.

Existem evidencias que era prática corrente noutras civilizações do período quaternário mais recente (1400 – 100 A.C.), o fabrico com borracha virgem de bolas de jogar e doutros objectos, nomeadamente na Etiópia, no Antigo Egipto e na Antiga Lídia.

Também, em épocas mais recentes, o mesmo tipo de jogo com bola de borracha era praticado por grandes civilizações que se tinham estabelecido no continente americano:

A borracha natural somente viria a ser do conhecimento dos europeus depois da segunda viagem de Cristóvão Colombo às Américas (1493-1496). Foi este navegador e os seus companheiros de viagem os primeiros europeus a tomar conhecimento da borracha virgem. Mas a “descoberta” deste material não teve, durante quase dois séculos, qualquer desenvolvimento.

Somente entre 1736 e 1744, os estudos levados a cabo na América do Sul, pelos franceses Charles Marie de La Condamine e François Fresnau, levaram ao conhecimento dos europeus dos vários tipos de árvores nas quais, uma pequena incisão praticada no caule, possibilitava a obtenção de látex. A uma das variedades descoberta por Fresnau, nas Guianas, foi dado o nome de “Hevea Guianensis”; à variedade predominante no Brasil foi dado o nome de “Hevea Brasiliensis”.

Mas somente em 1860 este material foi caracterizado por Greville Williams o qual, mediante uma destilação destrutiva da borracha, verificou ser constituída por isopreno.

O grande desenvolvimento dos polímeros sintéticos ocorre a partir de 1909-1910, quando o processo de polimerização do polibutadieno foi descoberto pelos ingleses W. H. Perkin, F. E. Mathews e E. H. Strange, pelo alemão C. D. Harries e pelo russo Lebedev. É a partir desta data que se torna imparável o grande desenvolvimento dos materiais poliméricos sintéticos, que conduziu à obtenção de borrachas sintéticas (elastómeros) e de plásticos.

No que diz respeito à borracha sintética, a primeira a ser produzida, em 1914, deve-se ao alemão F. Hoffmann, que produziu borracha metílica a partir de dimetilbutadieno. Em 1930, os alemães Bock e Tschunker desenvolvem o processo de fabricação da borracha de estireno e butadieno, a que deram o nome de Buna S. Ainda em 1930 a empresa norte-americana Thiokol Corporation desenvolve a fabricação de borracha de polissulfureto e a empresa alemã I. G. Farbenindustrie desenvolve o processo de fabrico de borracha de acrilonitrilo, com a denominação de Buna N. Em 1931, a empresa americana Du Pont de Nemours inicia a produção de borracha de policloropreno, com o nome de Duprene; esta borracha foi desenvolvida por Carothers e Collins. Mais tarde – em 1936 – esta borracha sintética passou a designar-se por Neopreno, nome ainda hoje utilizado.

O desenvolvimento de outros tipos de borracha sintética prosseguiu no período da Segunda Guerra Mundial – tendo constituído um verdadeiro esforço de guerra, quer pelos países aliados, quer pela própria Alemanha. Nos anos que se seguiram à guerra o desenvolvimento de novos tipos de borracha sintética prosseguiu, bem como a instalação de grandes fábricas para a sua produção. Veremos noutra página, com maior detalhe, esta cronologia.

No que diz respeito aos materiais plásticos, em 1862, o inglês Alexander Parkes desenvolve um material sintético, obtido a partir de celulose, a que chamou Parkesine, um material de características termoplásticas, muito duro, semelhante ao marfim.

Em 1866 o americano John W. Hyatt desenvolve um material de características termoplásticas, obtido a partir de nitrocelulose e de cânfora, a que deu o nome de “celulóide”. Este material foi amplamente utilizado no fabrico de películas fotográficas e cinematográficas. Trata-se de um material relativamente perigoso, pois inflama-se com muita facilidade.

Se assumirmos o princípio de que os verdadeiros materiais plásticos são apenas os materiais obtidos a partir de substâncias não naturais, o primeiro plástico – na circunstância um plástico termoestável – foi obtido em 1909 pelo belga Leo Hendrik Baekeland, o qual desenvolveu um material a que deu o nome de “baquelite”, um plástico à base de fenol e de formaldeído, material que é ainda utilizado actualmente.

Em 1918, a empresa alemã I.G. Farben desenvolve a produção de poliestireno (PS) e de policloreto de vinilo (PVC). O poliestireno havia sido descoberto em 1839 pelo farmacêutico alemão Eduard Simon, que isolou o material, mas que não procedeu à sua identificação. A produção comercial de poliestireno viria a ser iniciada apenas em 1937.

A partir daqui, o desenvolvimento dos materiais plásticos tomou um enorme incremento e surgiram, sucessivamente, os termoplásticos à base de ureia tioureia formaldeído (1924), poliamida (nylon) (1930), poliacrílico (Perspex) (1931), polietileno (1933), polimetilmetacrilado (PMMA) (1936), teflon (PTFE) (1938), resinas epoxi (1939), poliacrilo nitrilo (PAN) (1940), polietileno tereftalato (PET) (1941), acrilo-butadieno estireno (ABS) (1948), Lycra (baseada em poliuretano, PU) (1949), polipropileno (PP) (1957), policarbonato (PC) (1958), poliaramida (1965), polyaril eter-eter-cetone (PEEK) (1977), etc.