Os materiais elásticos são algo que está presente no nosso dia a dia. Tem de tudo para tudo, como elásticos para amarrar bolsas, pulseiras de borracha, bolas, pneus …
Então veremos como um material elástico é sintetizado, Explicar quais são seus componentes, os polímeros, além de indicar suas propriedades moleculares e alguns índices que são levados em consideração na indústria.
O que são polímeros elásticos?
Materiais elásticos, chamados polímeros elásticos, são aqueles que eles podem ser deformados pela aplicação de uma força quando ela é aplicada. Quando o objeto elástico não está mais sujeito a essa força, ele retorna à sua forma original. Do contrário, se o material se deforma permanentemente, não estaríamos falando de algo elástico, mas de um material plástico.
Os materiais elásticos são conhecidos pelos humanos desde tempos imemoriais porque existem na natureza. No entanto, embora os polímeros estejam naturalmente presentes em objetos como a borracha, os humanos viram a necessidade de criar alguns sinteticamente, ou seja, em laboratório.
Alguns exemplos de materiais elásticos, além dos já citados, temos os elásticos para fechar bolsas de comida, balões, pulseiras de borracha, látex …
O que são polímeros?
Polímeros são macromoléculas formadas pela união de ligações covalentes de uma ou mais das unidades individuais, Quais seriam os monômeros. Normalmente, essas macromoléculas são orgânicas, ou seja, contêm átomos de carbono em sua estrutura. Essas cadeias são geralmente longas e estão ligadas por forças de Van der Waals, ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas.
Uma forma de classificar polímeros é baseada em sua resposta mecânica a altas temperaturas. É por isso que existem dois tipos de polímeros.
1. Polímeros termoplásticos
Polímeros termoplásticos eles amolecem quando submetidos a altas temperaturas, Mesmo derreter. Quando a temperatura está baixa, eles endurecem. Esses processos são completamente reversíveis e podem ser repetidos indefinidamente.
Porém, se uma temperatura muito elevada for atingida, pode ocorrer degradação irreversível, pois as vibrações moleculares entre os monômeros da substância são tão violentas que podem quebrar suas ligações covalentes.
Esses materiais geralmente são feitos com a aplicação simultânea de alta temperatura e pressão. Conforme a temperatura aumenta, a resistência das ligações secundárias enfraquece, Facilita a movimentação relativa das cadeias que compõem o polímero.
A maioria dos polímeros lineares e aqueles com estruturas ramificadas, com cadeias flexíveis, são termoplásticos, que são flexíveis e dúcteis.
2. Polímeros termostáveis
Polímeros termostáveis são aqueles que permanecem duros, independentemente da temperatura aplicada a eles.
Quando começam a ser submetidos ao calor, ocorrem cruzamentos covalentes entre cadeias moleculares contíguas. Como resultado, os movimentos entre os monômeros do polímero são limitados, impedindo sua vibração e sua rotação. No entanto, se a temperatura for excessivamente alta, as reticulações se rompem e ocorre a degradação do polímero.
Em geral, os polímeros termofixos são mais duros do que os termoplásticos. Exemplos de tais polímeros são epóxi, borracha vulcanizada e resinas de poliéster fenólico.
Como os materiais elásticos são sintetizados?
Os materiais elásticos são constituídos por elastômeros, que geralmente são polímeros termoplásticos, o que lhes confere suas principais características: elasticidade e deformação fáceis, mas não permanentes.
São muitas as substâncias que permitem fazer um material elástico. Alguns dos polímeros usados para sintetizar elásticos são: poliol-poliéster, poliisocianato, copolímeros de etileno e propileno, poliisobutileno, polissulfetos e polissiloxano, para citar alguns.
Quando essas substâncias são misturadas, elas reagem entre si por meio de diferentes mecanismos de polimerização, Incluindo condensação, adição ou remoção de radicais livres.
Características moleculares dos elastômeros
Para que a combinação de certos polímeros finalmente gere um elastômero ou material elástico, a combinação desses deve criar algum tipo de sinergia, resultando em uma soma ligeiramente maior do que a mera soma das partes.
O primeiro requisito é que eles tenham estruturas assimétricas e, portanto, que sejam tão diferentes quanto possível. Suas estruturas em nível molecular devem ser lineares e flexíveis, permitindo, como já discutimos com os polímeros termoplásticos, que as cadeias de moléculas possam vibrar sem quebrar as ligações.
O segundo requisito é o que o polímero não é muito polar, ou seja, não tem muita carga de nenhum dos signos, Já que neste caso as interações intermoleculares serão mais fortes e haverá maior rigidez devido à atração (como é o caso de um ímã positivo com um negativo).
O terceiro requisito é que esses polímeros sejam flexíveis., Que admitem alguma deformação quando algum tipo de força é aplicada a eles. Caso esses polímeros atendam a esses três requisitos, será gerada a situação ideal para a síntese de um elastômero.
Síntese de elastômeros
Os polímeros que darão um elastômero devem passar por uma série de processos físicos e químicos.
1. Crosslinking
Nesse processo percebemos que as cadeias moleculares estão conectadas umas às outras por pontes, Que são capazes de formar duas ou mais ligações covalentes fortes.
Essas pontes moleculares permitem que o elastômero role sobre si mesmo em repouso ou em modo estático, ao ser submetido a um certo tipo de alongamento, poderia ser em modo elástico graças à flexibilidade dessas ligações.
2. Vulcanização
Embora este seja um processo que seria em cruzamentos, vale a pena mencionar uma explicação mais detalhada ao lado.
A vulcanização é um dos processos mais conhecidos para a obtenção de elastômeros. Nesse processo, as cadeias poliméricas são interligadas por meio de pontes de enxofre (SSS …).
3. Depois de obter o elastômero
Uma vez sintetizados os elastômeros, os seguintes passos consistem em submetê-los a diferentes tratamentos para dar-lhes certas características.
Cada material será utilizado para uma finalidade diferente, por isso também receberá diversos tratamentos, Entre os quais podemos encontrar o aquecimento, a moldagem ou outro tipo de curas físicas, ou seja, dar-lhes forma.
É nesta fase do processo que os pigmentos são adicionados para dar cor ao objeto elástico resultante, além de incorporar outros produtos químicos que irão garantir sua elasticidade. É também nesta fase que são avaliados três aspectos fundamentais para garantir que o material elástico é de qualidade: o módulo de Young, a temperatura de transição vítrea (Tg) e o limite elástico.
Módulo de Young é um índice que indica o comportamento de um material elástico dependendo da direção em que uma força é aplicada.
Tg é a temperatura na qual ocorre a pseudotransformação termodinâmica em materiais vítreos. O polímero diminui sua densidade, rigidez e dureza nessa temperatura. Isso pode ser observado em vidros amorfos e materiais inorgânicos.
O limite elástico refere-se à tensão máxima que um material elástico pode suportar sem deformar irreversivelmente.
Depois de verificar esses índices e ver se o elastômero é funcional, é então que geralmente é chamada de borracha de todos os tipos: silicone, nitrila, uretano, butadieno-estireno …
Alguns materiais elásticos
Abaixo veremos alguns materiais elásticos e de que são feitos.
1. Poliéster
O poliéster é uma fibra manufaturada e composta de qualquer polímero de origem sintética de cadeia longa. Neste polímero cerca de 85% do composto é um éster de ácido tereflálico.
2. Nylon
O nylon é um polímero artificial pertencente ao grupo das poliamidas. É gerado pela policondensação de um ácido, como uma diamina. O mais conhecido é o PA6.6.
3. Lycra
A Lycra é uma fibra sintética conhecida por ser uma substância muito elástica e resistente. É um copolímero de uretano-uréia, composto por aproximadamente 95% de poliuretanos segmentados. Em sua elaboração, são misturadas uma grande variedade de matérias-primas, como os pré-polímeros, que constituem a principal estrutura dessa fibra.
Referências bibliográficas.
- Odian G. (1986) Introdução à síntese de elastômeros. A: Lal J., Mark JE (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA
