Tecnologia da Borracha

Prévia do material em texto

3.3. BORRACHA DE POLIBUTADIENO (BR) 
 
As borrachas de polibutadieno, cuja abreviatura internacional é BR (Butadiene Rubber), 
ocupam atualmente o segundo lugar em volume consumido; entre as borrachas sintéticas: 
responde por 16% das borrachas sintéticas ou 10,6 % do consumo mundial de borrachas. 
 
 
Os polímeros de butadieno figuram entre as primeiras borrachas sintéticas fabricadas em 
escala industrial. Em 1910 Levedev ( Rússia ) e em 1911 Harries e Hoffmann ( Alemanha ) 
sintetizaram o polibutadieno por polimerização em massa, iniciada por sódio metálico.Sua 
fabricação industrial, embora em pequena escala, iniciou-se na Alemanha durante a guerra 
de 1914; foi chamada de BUNA (de Butadien e Natrium). Na Rússia, sua produção 
industrial iniciou-se na década 1920-1930. Suas propriedades técnicas não eram 
satisfatórias, fato que, na Alemanha, levou à suspensão de sua produção, iniciando-se a 
fabricação dos SBRs em emulsão. Na antiga URSS a produção continuou até o final da 
segunda guerra mundial. 
 
O interesse pelos polibutadienos ressurgiu com o desenvolvimento dos catalisadores de 
coordenação, tipo Ziegler-Natta. Atualmente temos muitos fabricantes e tipos, todos 
produzidos por polimerização em solução, mas com diferentes catalisadores que dão 
estruturas distintas. Em linhas gerais podemos considerar os polibutadienos divididos em 
duas categorias: 
• BR de médio teor (aproximadamente 35%), em estruturas tipo cis 1,4, preparados 
com iniciadores de alcoil-lítio. A polaridade do solvente tem grande influência na 
microestrutura e no conteúdo de vinil (adição 1,2), que pode ser ajustado por adição 
de éteres ou aminas terciárias. 
• BR de alto teor (a partir de 93%), em estruturas cis-1,4, preparadas com 
catalisadores de coordenação à base de titânio (93% de cis-1,4), cobalto (96%), 
níquel (97%), neodímio (98%); também descreveu-se o uso de catalisadores de 
urânio com 98,5 % de estruturas cis-1,4. 
 
Existem ainda os polibutadienos ALFIN, sintetizados com catalisadores à base de NaCl, 
alquil ou alquenil-sódio e um alcóxido sódico, com 70% de estruturas trans-1,4 e 25% de 
1,2, porém, com um peso molecular tão elevado que impossibilita o trabalho com 
equipamentos convencionais para borracha. São também comercializados os polibutadienos 
1,2, sindiotáticos e isotáticos, mas estes são termoplásticos. 
 
 
3.3.2. Processamento, formulação, propriedades e aplicações. 
 
Quando se emprega somente esta borracha num vulcanizado, coisa que ocorre raríssimas 
vezes, as diferenças de estrutura são refletidas nas propriedades. Os BRs de alto teor de cis-
1,4 dão valores mais elevados de tensão de ruptura e rasgamento, que entretanto, são 
menores que os obtidos com SBR e NR. A resistência à abrasão também é menor -em todos 
os BRs, é superior ao SBR e à NR. 
 
Uma das particularidades dos vulcanizados de BR é sua elevada resiliência, que em 
temperatura ambiente é superior à da NR; neste caso, os BRs de médio teor de cis são 
ligeiramente superiores. Contudo, em temperaturas mais elevadas, por exemplo, 75ºC, a 
resistência dos diferentes tipos de BR é do mesmo nível do SBR e pouco inferior à da NR. 
 
Os BRs de alto teor de cis mantêm sua resiliência até -40ºC, quando cristalizam 
rapidamente perdendo sua elasticidade. Os BRs de médio teor de cis, por sua menor 
regularidade estrutural, não apresentam tendência à cristalização, pois mantêm suas 
características elásticas até -80ºC. 
 
Seu processamento é difícil em ambos os tipos, o que torna quase obrigatório o uso de 
misturadores internos; como para os S-SBR, o fator de enchimento deve ser de 10-15% 
maior que o de um compostos similar de E-SBR ou NR. Como ocorre com os S-SBR, é 
recomendável a adição de ácido esteárico no começo do ciclo de mistura; por experiência, 
também aconselha-se a adição de parte do óleo plastificante no começo do ciclo de mistura, 
ao invés de adicioná-lo após a incorporação das cargas. 
 
Quando foram produzidos os primeiros tipos de BR, em virtude de sua resistência à abrasão 
e aparecimento de fendas por fadiga, pensava-se ter encontrado o elastômero ideal para 
bandas de rodagem, capaz de substituir a borracha natural Assim, com os primeiros pneus 
experimentais feitos de BR, conseguiram-se temperaturas menores na rodagem, menor 
desgaste e menor fendilhamento por fadiga. Porém, nem tudo foi vantagem: as fendas 
apareciam menos, mas quando apareciam, propagavam-se rapidamente; gastavam menos, 
mas apresentavam forte tendência em quebrar o ressalto da banda de rodagem e também 
deslizavam muito mais em terreno molhado. 
 
Estas deficiências podiam ser corrigidas na formulação, com a adição de maior quantidade 
de negro de fumo e óleos; no entanto, havia perda de resiliência e as bandas geravam muito 
calor, fazendo com que perdessem sua superioridade frente à NR. 
 
Estas circunstâncias, acrescidas da dificuldade de processamento, explicam o abandono da 
idéia de utilização do BR como único elastômero em bandas de rodagem, mas foram 
importantes na substituição parcial da NR. Neste caso não existe diferença apreciável entre 
o BR de alto e o de médio teor de estruturas cis-1,4. 
 
A substituição parcial da NR por 40-45% de BR numa banda de pneu, não dificulta muito o 
processamento e se obtém: 
• Melhor resistência à abrasão; 
• Menor tendência ao fendilhamento por fadiga; 
• Maior resistência à reversão: isto é vantajoso em bandas de grande tamanho, que 
necessitam de um ciclo de vulcanização maior e que, em serviço, vão gerar mais 
calor- como conseqüência, menor dissipação térmica.. 
 
Por analogia, podemos dizer que em uma formulação de SBR com até 50% de BR, as 
características de processamento não são sensivelmente afetadas e conseguimos: 
• Melhorar a resistência à abrasão; 
• Diminuir a tendência ao fendilhamento por fadiga; 
• Maior resiliência e menor histerese, que se traduz em menor geração de calor e, 
portanto, menores temperaturas de rodagem. 
 
Durante o processo de fabricação dos BRs,são incorporados antioxidantes: é comum a 
adição de 1-2 phr de um antioxidante à formulação, bem como agentes de proteção contra 
ozônio e fadiga. Como todas as borrachas que não cristalizam por estiramento, necessitam 
do emprego de cargas reforçantes para se obter uma resistência mecânica satisfatória. Estas 
cargas são maiores que as utilizadas no SBR e na NR e as melhores são os negros de fumo 
de alta estrutura. 
 
Por não ter “breakdown” durante a mastigação, os plastificantes são importantes para 
regular a viscosidade do composto; os mais adequados são os óleos minerais aromáticos, 
porém, não há problema de compatibilidade com os parafínicos. Como os SBRs têm pouca 
auto-adesividade, pode ser necessário o uso de agentes de pegajosidade tais como resinas 
de cumarona-indeno, derivados da colofônia, alcatrão de pinho, etc. Em misturas com Nr, 
por esta ter boa adesividade, talvez não seja necessário o uso destes agentes de pega. 
 
Por seu caráter apolar, incham consideravelmente em contato prolongado com óleos, graxas 
e solventes hidrocarbônicos. 
 
Quanto a sua aplicação, 90% destina-se a bandas de pneumáticos; o restante, a artigos 
técnicos, como correias transportadoras, onde a resistência à abrasão e suas boas 
propriedades dinâmicas são importantes. Nas misturas com SBR e NR, bem como outras 
borrachas sintéticas, elas são utilizadas para melhorar a resistência á baixa temperatura. 
Uma fração importante é consumida na fabricação de poliestireno de alto impacto 
 
3.3.7. Bibliografia 
1. HOFMANN, W, Rubber Technology Handbook, Hanser Publishers, Munich, 1989. 
2. M. Morton, Rubber Technology (3ª ed. 1987). 
3. Literatura Petroflex