LISTA 2 - Elastômeros

Prévia do material em texto

LISTA 2 – ELASTÔMEROS
1) Dada a seguinte formulação elastomérica:
 a) Identifique o papel de cada ingrediente no composto de borracha.
SBR – Matriz polimérica/borracha
Enxofre – Agente de reticulação/vulcanização
Ácido esteárico – Ativador (secundário)
Óxido de zinco – Ativador (principal)
MBTS – Acelerador primário
TMTD – Acelerador secundário e doador de enxofre (agente de reticulação)
Sílica – Carga de reforço
Óleo aromático – Plastificante 
 b) Calcule a massa a ser pesada de cada ingrediente para a produção de 450 g de mistura.
SBR:
 167 – 450
 100 – x
 X = 269,46 g
Enxofre :
 167 – 450
 2 – x
 X = 5,39 g
Ácido esteárico:
 167 – 450
 2 – x
 X = 5,39 g
Óxido de zinco:
 167 – 450
 5 – x
 X = 13,47 g
MBTS:
 167 – 450
 2 – x
 X = 5,39 g
TMTD:
 167 – 450
 1 – x
 X = 2,69 g
Sílica:
 167 – 450
 50 – x
 X = 134,73 g
Óleo aromático:
 167 – 450
 5 – x
 X = 13,47 g
 c) Determine a densidade teórica da mistura.
2) Qual a finalidade de elaborar uma formulação elastomérica?
O elastômero sozinho dificilmente vai dar origem a um produto com as propriedades satisfatórias, é necessário combinar a borracha com aditivos para obter uma mistura que proporcione ao produto final ter as propriedades adequadas apar aquela função. Então a finalidade de se elaborar formulações elastoméricas é de assegurar ao produto final as propriedades satisfatórias para as exigências de uso do mesmo, alcançar determinadas características para utilização eficiente dos equipamentos disponíveis (principalmente relacionado ao processamento) e obter as propriedades e processabilidade desejáveis no mais baixo custo possível.
3) Cite seis ingredientes que você considera essenciais em uma formulação elastomérica.
A borracha que tem o papel de matriz polimérica, o agente de reticulação que promove a reticulação; o acelerador que promove um aumento na taxa de vulcanização/reticulação (diminuindo o tempo de processo); o ativador que tem a função de ativar o sistema de vulcanização e aumentam a sua eficácia; o plastificante que tem a função de facilitar o processamento, proporcionar menor desenvolvimento de calor durante a mistura e minuir a Tg; e o estabilizante que inibe processos degradativos em polímeros causados por qualquer tipo de processo de iniciação ( dentro desse grupo entram os antioxidantes, fotoestabilizantes, desativadores de metais e antiácidos).
4) Quais os principais critérios a serem utilizados na escolha do elastômero em determinada composição elastomérica?
O principal critério é qual a aplicação final, qual a exigência técnica daquele artefato durante o uso, para então a gente poder escolher o elastômero que melhor atende os requisitos exigidos.
Para isso a gente precisa observar:
■ Propriedades químicas exigidas que o material precisa apresentar
Se o material precisa ter resistência a solventes, resistência a óleos, resistência ao ozônio, resistência a produtos químicos. Dependendo do ambiente químico que esse material vai estar em contato, se o material vai ter contato com algum produto químico, qual deles e quais os elastômeros que são resistentes a eles. 
■ Limite de temperatura de trabalho
Leva em consideração a questão da estabilidade do material e o fato do elastômero manter suas propriedades em determinada faixa de temperatura. Deve-se analisar se o produto final vai ser exposto ao ambiente, ao calor ou ao subambiente e escolher um elastômero que se adeque melhor na faixa de temperatura de trabalho para a aplicação do produto.
■ Propriedades físico-mecânicas e dinâmicas específicas
As propriedades físico-mecânicas e dinâmicas da borracha deve estar de acordo com as propriedades exigidas na aplicação do produto. Como flexibilidade e rigidez por exemplo.
5) O que são cargas? Como são classificadas e o que as diferencia?
As cargas são aditivos que são usados para reforçar as propriedades físicas, dar certas características de processamento ou reduzir custo. São classificadas em reforçantes e não reforçantes, sendo que as cargas reforçantes auxiliam nas propriedades físicas/mecânicas do material, enquanto que as cargas não reforçantes interferem mais no processamento, viscosidade e redução de custo, e são chamadas também de carga de enchimento.
6) Que aspectos determinam o nível de reforço de uma carga?
Os aspectos importantes que determinam o nível de reforço de uma carga são: 
- Tamanho de partícula dessa carga de reforço; 
Quanto menor o tamanho maior o nível de reforço
- Estrutura formada pelo agregado de partículas da carga de reforço;
Quanto mais aberta essa estrutura, mais ramificações, quanto menos partículas maior o nível de reforço
- Rugosidade das partículas da carga de reforço;
Quanto mais rugosa for a estrutura, mais pontos de interação eu vou ter, melhor vai ser a interação com o polímero e maior o nível de reforço.
- Dispersão dessas cargas reforçantes na matriz polimérica/borracha;
Quanto mais disperso a carga na matriz polimérica maior será o nível de reforço
- Natureza química dessa carga de reforço.
Influencia na interação carga-matriz. Se a interação química entre as partículas das cargas de reforço serem maior do que a interação carga-matriz então o nível de reforço cai/diminui.
7) Explique as principais diferenças entre a sílica e o negro de fumo.
O negro de fumo é obtido pela combustão incompleta de derivados do petróleo enquanto a sílica é obtida a partir da areia após sucessivos tratamentos físico-químicos. O negro de fumo é formado predominantemente por carbono e possuindo grupos funcionais na superfície, já a sílica o interior das partículas é composto por ligações de silício e oxigênio e a superfície vai ter também ligação silício e oxigênio, e além disso na superfície também vai ter muitas hidroxilas. O negro de fumo possui uma coloração preta e a sílica apresenta colocação branca. O negro de fumo possui um efeito reforçante maior que a sílica, a sílica perde em termos de resistência para o negro de fumo.
 8) O que é o processo de funcionalização da sílica? Qual a sua finalidade?
A sílica possui em sua superfície ligações silício-oxigênio, além de ter muitas hidroxilas. Devido à essas hidroxilas, a sílica tem como característica uma forte interação partícula-partícula através de ligações de hidrogênio. Partículas de sílica interagem muito fortemente entre si dificultando a dispersão, e dificultando a interação com o polímero, sendo que a é um desafio para se conseguir dispersar adequadamente a sílica na matriz polimérica. Então é feito a funcionalização da superfície. A funcionalização de uma superfície é uma modificação química da superfície dessas partículas, é pegar moléculas orgânicas com grupos funcionais distintos que reagem com as hidroxilas e que alteram a natureza química dessa superfície. O processo de funcionalização é feito para alterar essa superfície da sílica afim de aumentar a interação polímero-partícula através da modificação da superfície da sílica, tornando assim a sílica e a polímero compatíveis entre si e facilitando a dispersão da carga na matriz.
O processo mais comum na indústria da borracha é a silanização em que se usa organosilanos, que são compostos orgânicos a base de Si possuindo grupos orgânicos na sua estrutura, um desses grupos são os etoxi que são capazes de reagir com os grupos de hidroxilas da superfície, modificando as características da superfície e por consequência na interação das partículas de sílica com as cadeias poliméricas da borracha, melhorando essa questão da compatibilidade com os polímeros.
 9) O que são peptizantes?
São plastificantes químicos, tem a função de catalisar a quebra (cisão) das macromoléculas do elastômero durante a mastigação, afim de diminuir a viscosidade. Tem o objetivo reduzir a viscosidade do elastômeropara facilitar a incorporação dos demais ingredientes e o processamento do composto. Sua ação deve terminar na fase inicial da mistura, com a adição das cargas e do enxofre. Seu uso reduz o esforço mecânico do misturador, o tempo e temperatura de plastificação (mastigação), o consumo de energia e custo da mistura e a a geração de calor durante a mistura, e alguns tipos melhoram o tack (pegajosidade).
10) Caracterize plastificantes e lubrificantes quanto a sua ação no processamento dos elastômeros e nas propriedades finais do artefato.
Os lubrificantes tem a função de facilitar as operações de processamento, tais como mistura,
calandragem, extrusão e moldagem. São usados em quantidades mais baixas que os plastificantes, melhoram o processamento sem modificar significativamente suas propriedades físicas finais do artefato. Os plastificantes têm a função de facilitar o processamento, proporcionar menor desenvolvimento de calor durante a mistura, e diminuir a Tg. Então os plastificantes além de facilitar o processamento altera as propriedades físicas finais do artefato.
11) O que são aditivos estabilizantes? Como são classificados?
São uma ampla gama de compostos químicos que inibem processos degradativos em polímeros, causados por qualquer tipo de processo de iniciação. São os antioxidantes, fotoestabilizantes, desativadores de metais e antiácidos. São classificados em: 
- Físicos: têm a propriedade de migrar para a superfície, formando uma
barreira física que protege o polímero da ação do oxigênio e do ozônio.
Ex. ceras microcristalinas (para artigos de borracha estáticos)
- Químicos: reagem com o agente agressor (O2, O3, etc.) impedindo a ação
deste sobre o polímero
Ex. derivados fenólicos, derivados amínicos e parafenilenodiaminas.
12) Qual a diferença entre um antioxidante primário e secundário?
O antioxidante primário reage com radicais livres formados na cadeia polimérica, formando radicais mais estáveis e pouco reativos, vai propagar menos essa reação de degradação, desacelerando o processo de degradação. Porém isso leva a formação de hidroperóxidos que também vão dar origem a radicais.
O antioxidante secundário reage com o hidroperóxido e forma substâncias menos reativas e também mais estáveis que não vão formar novos radicais livres no material.
13) Quais os ingredientes utilizados e sua respectiva função na composição de um sistema de vulcanização?
Agente de vulcanização, no caso seria o enxofre ou doadores de enxofre, tem a função de promover ligações cruzadas (reticulações) entre as macromoléculas dos elastômeros.
Aceleradores, têm a função de promover um aumento na taxa de vulcanização/reticulação (diminuindo o tempo de processo). Devem fornecer uma cura completa, promover um bom scorch, promover boas propriedades no composto não curado e fornecer boas propriedades físicas aos vulcanizados.
Ativadores tem a função de ativar o sistema de vulcanização e aumentam a sua eficácia. Influenciam na natureza das estruturas formadas e nas mudanças no curso da vulcanização.
Principais funções dos aceleradores combinados com ativadores é:
- Aumentar a taxa de combinação do enxofre com a borracha;
- Aumentar a eficiência da utilização de enxofre como agente de
vulcanização minimizando perdas pela diminuição do comprimento das
cadeias de enxofre nas ligações cruzadas, formação de estruturas
cíclicas monossulfídicas e crosslinks vicinais.
14) Diferencie um acelerador primário de um acelerador secundário.
Os aceleradores primários (ou rápidos) propiciam bom tempo de scorch e cura rápida na principal fase da vulcanização. Maior grupo: sulfenamidas e tiazóis.
Já os aceleradores secundários (ou ultra aceleradores) em sua maioria possuem tempo de scorch muito curto, agem muito rápido, são muito mais rápidos que os primários, por isso nunca são usados sozinhos. Nesse comportamento temos os tiurans e os ditiocarbamatos. Aceleradores de ação muito rápida (como os tiurans e dos ditiocarbamatos) podem levar a necessidade do uso de retardantes. São aceleradores secundários também as guanidinas, que são aceleradores lentos com curto período de indução e amplo platô de vulcanização. 
Sendo que os aceleradores primários são usados em quantidades maiores que os secundários.
15) Qual o papel dos agentes retardadores no processo de vulcanização?
São usados para reduzir o risco de pré-vulcanização de um composto. O papel dos retardadores é impedir que os aceleradores ajam muito rápido, são usados para evitar que ocorra uma pré-vulcanização, aumentam o tempo de scorch. Os retardadores fazem com que um composto acelerado com uma sulfenamidas ou tiazóis apresente tendência muito menor à pré-vulcanização e dá maior segurança ao processamento, sem afetar a velocidade de vulcanização ou as propriedades do vulcanizado.