Plastificantes para borrachas

Plastificantes para borrachas

Plastificantes para borrachas – O desenvolvimento de uma nova formulação para fabricação de artefatos de borracha, com características que atendam as especificações onde as exigências são cada vez maiores, leva o “Tecnologista Formulador” a uma constante busca de informações, com o máximo de precisão sobre cada ingrediente a ser empregado na composição.

Quando, devido às necessidades de aplicação e uso o artefato deva ser fabricado com algum tipo de elastômero de alta performance, os cuidados na escolha dos ingredientes são ainda maiores, pois, torna-se imprescindível uma minuciosa análise de cada propriedade dos ingredientes, tais como, características físico-químicas, compatibilidade com os demais elementos da composição limite nos teores empregados, etc., dados que se não analisados cautelosamente poderão provocar falhas com prejuízo irreparável.

Os plastificantes constituem um grupo de ingredientes que, quando utilizados, desempenham um importante papel no bom desempenho de um artefato de borracha.

Os plastificantes são incorporados nas composições de borracha com duas finalidades principais:

• Como auxiliar de processamento:
• Uma das suas funções principais é diminuir a viscosidade do composto, portanto aumentar a sua plasticidade, melhorando assim a sua processabilidade em todas as fases de fabrico até à vulcanização. Esta melhoria de processabilidade deve-se a um efeito de lubrificação interna, a qual facilita as operações de mistura, extrusão, calandragem e moldagem;
• Melhorar a umectação de cargas e pigmentos, facilitando assim a sua incorporação na fase de mistura;
• Aumentar a velocidade de fluxo do composto de borracha, em operações tais a extrusão e a injeção;
• Reduzir a elevação de temperatura e diminuir o consumo de potência no processo de mistura, o que se deve ao seu efeito de lubrificante interno;
• Aumentar o nível de pegajosidade do composto não vulcanizado (composto em verde – green tack). Ao melhorar a pegajosidade do composto, aumenta assim o seu poder de aderência às superfícies em contacto, o que tem muita importância em operações de confecção de artefatos de borracha (Ex.: pneus, correias transportadoras, calçado);
• Como agente modificador das propriedades do vulcanizado:
  • Diminuir a dureza do vulcanizado, contrariando o aumento de dureza que lhe é conferido pelo nível de carga ou de cargas utilizado;
  • Melhorar a flexibilidade do vulcanizado;
  • Diminuir o módulo;
  • Diminuir a tensão de ruptura;
  • Aumentar o alongamento na ruptura;
  • Aumentar a resistência ao rasgo;
  • Diminuir a temperatura de transição vítrea Tg;
  • Diminuir Tg equivale a ampliar a gama de temperatura de serviço do artefato vulcanizado;
  • Diminuir a formação de cargas eletrostáticas.

A escolha do tipo mais indicado de plastificante para um determinado composto de borracha deve ser orientada por alguns critérios, como :

• Compatibilidade entre o polímero e o plastificante;
• Volatilidade do plastificante durante o processamento;
• Não interferência no sistema de cura do composto;
• Resistência à extração por solventes, óleos, graxas (artef. vulcanizados);
• Baixa volatilidade em altas temperaturas (artef. vulcanizados);
• Resistência à descoloração e tendência ao manchamento;
• Segurança de manuseio e toxidade no artefato final.

É de primordial importância a escolha do tipo de plastificante que seja perfeitamente compatível quimicamente com o polímero e demais ingredientes da composição, pois uma escolha inadequada poderá comprometer as propriedades do produto final (normalmente um plastificante incompatível com o polímero, tende a migrar para a superfície do artefato, sendo lentamente extraído).

Como orientação, é aconselhável a escolha de plastificantes com polaridade similar a do polímero utilizado na composição.

Um aspecto muito importante a considerar na adição de plastificante à borracha é a sua compatibilidade com esta. Se o plastificante e a borracha forem compatíveis, formar-se-á um composto homogéneo, que assim se manterá em todas as fases o processo de fabrico, depois da vulcanização e em serviço, numa ampla gama de temperaturas. Esta compatibilidade deve ser observada para o nível de dosagem utilizado, nível este que permite obter determinado e desejável grau de efeito nas diversas propriedades.

Para que exista este grau de compatibilidade é necessário que a polaridade da borracha e do plastificante sejam idênticas.

A polaridade dos plastificantes é um fator a ter em conta com a sua compatibilidade com os diversos tipos de borrachas. Para se obter uma boa compatibilidade entre a borracha e o plastificante é necessário que ambos possuam, aproximadamente, a mesma polaridade.

Os óleos de origem mineral (petróleo) aromáticos, naftênicos e parafínicos estão também indicados, para que os respectivos níveis de polaridade sejam posicionados relativamente aos diversos plastificantes sintéticos.

Um composto de borracha durante o processamento de mistura e conformação, normalmente atinge altas temperaturas (em alguns casos entre 215 a 250 C ).

A escolha do plastificante neste caso é de grande importância, visto que determinados tipos tendem a evaporar a altas temperaturas, o que comprometerá as propriedades desejadas do artefato final.

A escolha neste aspecto deverá levar em consideração a temperatura do ponto de fulgor do plastificante.

É bastante comum o emprego de artefatos de borracha vulcanizada, principalmente em vedações, onde as peças tem contato direto ou indireto com solventes, óleos graxas e outros produtos químicos, que tendem a provocar a extração do plastificante contido no composto de borracha, consequentemente alterando as propriedades iniciais.

Alguns tipos de plastificantes sintéticos, como os poliméricos, ou ainda, polímeros de muito baixo peso molecular e da mesma família química do elastômero usado no composto, oferecem vantagens de escolha.

Artefatos de borracha vulcanizada também são largamente empregados em condições de trabalho constante à altas temperaturas, como por exemplo, peças automotivas (mangueiras de radiadores, juntas, vedações, etc.).

A ação do calor contínuo sobre a peça poderá vagarosamente provocar a volatilização do plastificante se a escolha deste for incorreta.

Artigos de borracha vulcanizada, de cor clara, submetidos a ação da luz solar, ou sob efeito de raios infra-vermelho ou ultra-violeta, poderão apresentar certa alteração na cor.

asicamente, neste caso, o fator determinante é a escolha do polímero. Porém, o emprego de plastificantes inadequados poderá acentuar ainda mais o problema.

Alguns tipos de plastificantes (principalmente os aromáticos, derivados de petróleo) poderão causar manchamento na cor do artefato, bem como em superfícies nos quais tais artefatos tenham contato.

Basicamente podemos classificar os ingredientes plastificantes em dois grupos:

• Plastificantes de ação química; e
• Plastificantes de ação física.

Os plastificantes de ação química são conhecidos também como peptizantes (O produto que possibilita a redução da viscosidade do polímero, melhorando sua capacidade de processamento, facilitando a incorporação dos ingredientes durante a mistura.).

Os plastificantes de ação física ainda podem ser subdivididos em seis categorias básicas, em função de sua principal ação no composto de borracha, se bem que todos os tipos apresentam alguns efeitos em comum como a redução da viscosidade do composto, diminuição da dureza do artefato vulcanizado, redução na geração de calor durante o processo de mistura e auxiliar no processo de conformação do artefato.

As categorias básicas dos plastificantes são:

• Plastificantes de ação lubrificante;
• Plastificantes de ação diluente;
• Plastificantes de ação encapsulante (homogeneizante);
• Plastificantes de ação solvente;
• Plastificantes que melhoram o Tack; e
• Plastificantes específicos.

Podemos dizer que os plastificantes destas categorias proporcionam um certo grau de lubrificação entre as moléculas do elastômero, formando uma fina película entre elas, o que facilita o deslizamento de umas sobre as outras. Basicamente esta categoria de plastificantes apresentam uma interação mecânica, nos compostos de borracha.

Nesta categoria de plastificantes estão classificados os derivados de petróleo, como os óleos Parafínicos, Naftênicos e Aromáticos, bem como algumas resinas da mesma origem.

Os plastificantes sintéticos também pertencem a esta categoria entende-se que, durante o processamento de mistura, estes plastificantes penetram nos espaços intermoleculares do elastômero provocando uma redução das forças interativas entre as moléculas facilitando o deslizamento de umas sobre as outras, e, simultaneamente, cria interfaces ativas de polímero – plastificante – cargas, o que propicia a compatibilidade e dispersão.

Alguns plastificantes sintéticos ainda provocam modificações das condições reológicas do composto, melhorando a resistência à flexão em baixas temperaturas.

Fundamentando-se na utilização dos óleos plastificantes em borracha, podemos inicialmente separar em duas aplicações, que são: Produção do elastômero e Processamento do composto.

A aplicação do plastificante na produção do elastômero, como matéria-prima, é chamada de óleos extensores (SBR 1783/ Keltan 6675).

É muito comum na produção (polimerização) de alguns tipos de borracha, como por exemplo certos graus de SBR, BR, IR, e EPDM, conseguir-se polímeros de excelentes propriedades físicas, porém com elevado peso molecular, consequentemente muito alta viscosidade, o que torna quase impossível o processamento de mistura e conformação com os equipamentos normais de produção nas fábricas de borrachas. Então, aproveitando as propriedades do polímero e buscando adequá-los aos meios normais de processamento (das indústrias de borracha), os produtores dos polímeros acrescentam quantidades definidas de óleos extensores formando assim “masterbatchs”.

Plastificantes Parafínicos

O óleo mineral parafínico é uma substância derivada do petróleo que possui ligas químicas estáveis e resistentes, que não podem facilmente ser alteradas por influências químicas. Essas características são justificadas pelo fato de as parafinas não oxidarem em temperaturas ambientes ou relativamente elevadas.

Estes são hidrocarbonetos parafínicos contendo átomos de carbono combinado com hidrogênio por meio de ligações simples, oferecendo cadeias moleculares lineares ou ramificados.

Os plastificantes (óleos), altamente parafínicos (os que tem predominância de moléculas parafínicas), apresentam-se como um fluido quase transparente.

São considerados como não manchantes, têm baixa polaridade e são menos voláteis (mais estáveis) em altas temperaturas.

Os plastificantes parafínicos são mais compatíveis com as borrachas Butílicas e EPDM, apresentando maior dificuldade de incorporação em outros tipos de elastômeros.

Conforme a quantidade de átomos de carbono na cadeia molecular dos plastificantes aumenta, estes tornam-se mais viscosos pesados e opacos ou seja, o comprimento da cadeia molecular aumenta e, consequentemente, o peso molecular também aumenta.

Plastificantes Naftênicos

Os óleos naftênicos apresentam uma estrutura molecular bastante parecida com a dos óleos parafínicos, sendo que também neste caso, os átomos de carbono têm simples ligações. Porém, a disposição na cadeia tende a formar anéis cíclicos.

Os óleos naftênicos têm uma boa compatibilidade com a grande maioria dos elastômeros comuns. Assim sendo, podemos acrescentar teores mais elevados (compara- tivamente aos parafínicos) às composições de borracha.

Os plastificantes naftênicos apresentam uma coloração mais opaca (translúcida). A viscosidade é um pouco maior que a dos óleos parafínicos e também são considerados como não manchantes em artefatos de borracha.

Plastificantes Aromáticos

Os óleos aromáticos apresentam uma estrutura hidrocarbônica primária contendo seis átomos de carbono dispostos em forma de anel, unidos por ligações simples e ligações duplas alternadas.

A coloração dos óleos aromáticos é bastante escura. Eles são considerados como plastificantes manchantes em artigos de borracha. A viscosidade dos óleos aromáticos é mais elevada que a dos óleos parafínicos e naftênicos.

A existência das duplas ligações na estrutura molecular dos óleos aromáticos torna-os muito compatíveis com a maioria das borrachas que possuem cadeias poliméricas insaturadas. Os óleos aromáticos são também muito empregados como extensores na produção de borracha. Porém, este tipo de plastificante é menos estável às altas temperaturas, volatilizando-se com maior facilidade. Por isso, normalmente não são indicados para compostos que estarão sujeitos às altas temperaturas de processamento de mistura ou conformação, ou ainda, quando o artefato vulcanizado irá trabalhar na presença de muito calor.

Os óleos aromáticos também são mais facilmente extraídos em testes de imersão em solventes, principalmente química.

Plastificantes Sintéticos

Os plastificantes sintéticos são largamente usados em elastômeros polares de média e alta performance técnica como: NBR, CR, CSM, CPE, Epicloridrinas e Policrílicas, principalmente devido a compatibilidade, pois estas famílias de elastômeros são muito sensíveis à composição química dos plastificantes.

Os plastificantes sintéticos também oferecem muito boas propriedades aos compostos de borracha, tanto de processamento como aos artefatos vulcanizados.

Normalmente, os plastificantes sintéticos são indicados quando o artefato vulcanizado deva apresentar superior resistência e perfomance de trabalho às baixas temperaturas, ou quando as características de resistência à extração por solventes ou produtos químicos for um requi- sito importante nas peças de borracha, ou ainda, quando ambas as propriedades (resistência às baixas temperaturas e resistência aos solventes) forem necessárias.

A polaridade dos plastificantes sintéticos é dada em função da estrutura química dominante destes, sendo basicamente carbono- oxigênio.

Plastificantes sintéticos com longas cadeias carbônicas são menos polares. A produção de plastifi- cantes sintéticos, é o resultado da reação de diversos tipos de ácidos orgânicos como: Anídridos, Ésteres, Alcoóis, Glicóis e Polióis.

Simplificando, podemos entender que os plastificantes sintéticos podem ser classificados como:

• Monoésteres – butil-oleato; é o resultado de ácidos-monobásicos com àlcool;
• Diésteres – di-2-etilexil-adipato; é o resultado de ácidos-dibásicos com álcool;
• Glicóis – trietileno-glicol; é o resultado de ácidos-monobásicos com glicóis;
• Triésteres – tri-2-etilexil-trimelitato; é o resultado de ácidos-tribásicos com álcool (também pode ser reação de ácidos-monobásicos com glicerol);
• Poliésteres – mais comumente conhecidos como plastificantes poliméricos; é o resultado da reação de ácidos dibásicos com glicóis.

Normalmente os plastificantes Monoésteres, Diésteres, Triésteres e Epoxidados apresentam viscosidades baixas, enquanto os plastificantes Poliésteres (poliméricos) apresentam viscosidade mais elevada.

O di octil ftalato é um líquido oleoso, geralmente transparente. Que é solúvel na maioria dos solventes orgânicos comuns e é miscível em óleos minerais, como etanol e éter, embora seja insolúvel em água.

Este produto tem baixa volatilidade, mas deve-se ter cuidado ao armazená-lo, pois não pode ser misturado com oxidantes fortes, como cloro líquido e oxigênio concentrado. O contato com chamas abertas, calor e faíscas deve ser evitado. Requer ventilação adequada.
O di octil ftalato como o nome já diz, pertence ao grupo dos ftalatos. Que são um grupo de compostos químicos, que são utilizados principalmente como plastificantes, pois aumentam a flexibilidade, elasticidade e alongamento da borracha.

Conclusão

Nosso objetivo aqui foi reunir algumas informações básicas sobre mais este ingrediente usado em compostos de borracha que muitas vezes, por escolha inade quada, pode comprometer as características desejadas, seja de processamento ou do artefato vulcanizado.

Sabemos que o universo de informações sobre plastificantes é muito amplo. Assim sendo, um estreito contato com os fabricantes destes produtos poderão nos ajudar na escolha correta para a condição que desejamos.

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