COMO UM MATERIAL ELÁSTICO É SINTETIZADO? - QUÍMICA - 2025

Para sintetizar um material elástico, primeiro, deve-se ter conhecimento sobre o tipo de polímero de que ele é feito; pois, caso contrário, seria formulada a elaboração de um plástico ou de uma fibra. Sabendo disso, os polímeros a serem considerados são os chamados elastômeros.

Assim, os elastômeros constituem materiais elásticos; Mas o que são? Como são diferentes dos outros polímeros? Como saber se o material sintetizado realmente tem propriedades elásticas?

Fonte: Pxhere

Um dos exemplos mais simples de um material elástico são os elásticos (ou elásticos) que unem jornais, flores ou um maço de notas. Se forem alongados, será observado que se deformam longitudinalmente e depois voltam à forma original.

Mas, se o material está permanentemente deformado, então não é elástico, mas plástico. Vários são os parâmetros físicos que permitem discriminar esses materiais, como o módulo de Young, o ponto de escoamento e a temperatura de transição vítrea (Tg).

Além dessas qualidades físicas, os materiais quimicamente elásticos também devem atender a certos critérios moleculares para se comportar como tal.

Daqui surge um amplo leque de possibilidades, misturas e sínteses, sujeitas a infinitas variáveis; tudo isso para convergir para a característica "simples" da elasticidade.

Matéria prima

Conforme mencionado no início, os materiais elásticos são feitos de elastômeros. Os últimos, por sua vez, requerem outros polímeros ou "pedaços moleculares" menores; isto é, os elastômeros também merecem sua própria síntese a partir de pré-polímeros.

Cada caso requer um estudo cuidadoso das variáveis ​​do processo, as condições e por que com esses polímeros o elastômero resultante "funciona" e, portanto, o material elástico.

Sem entrar em detalhes, aqui está uma série de polímeros usados ​​para esta finalidade:

-Poliisocianato

- Poliol poliéster

-Copolímeros de etileno e propileno (ou seja, misturas de polietileno e polipropileno)

-Poliisobutileno

-Polisulfetos

-Polisiloxano

Além de muitos outros. Estes reagem entre si por meio de diferentes mecanismos de polimerização, entre os quais: condensação, adição ou via radicais livres.

Portanto, cada síntese implica a necessidade de dominar a cinética da reação, a fim de garantir as condições ótimas para o seu desenvolvimento. Da mesma forma, onde a síntese ocorrerá entra em jogo; ou seja, o reator, seu tipo e as variáveis ​​do processo.

Características moleculares

O que todos os polímeros usados ​​para a síntese de elastômeros têm em comum? As propriedades do primeiro irão sinergizar (o todo é maior que a soma de suas partes) com as do último.

Para começar, eles devem ter estruturas assimétricas e, portanto, ser o mais heterogêneos possível. Suas estruturas moleculares devem ser necessariamente lineares e flexíveis; isto é, a rotação das ligações simples não deve causar repulsões estéricas entre os grupos substituintes.

Além disso, o polímero não deve ser muito polar, caso contrário suas interações intermoleculares serão mais fortes e apresentará maior rigidez.

Portanto, os polímeros devem ter: unidades assimétricas, não polares e flexíveis. Se eles atenderem a todas essas características moleculares, eles representam um ponto de partida potencial para a obtenção de um elastômero.

Síntese de elastômeros

Depois de selecionar a matéria-prima e todas as variáveis ​​do processo, a síntese dos elastômeros continua. Uma vez sintetizado, e após uma série subsequente de tratamentos físicos e químicos, o material elástico é criado.

Mas, quais transformações os polímeros selecionados devem passar para se tornarem elastômeros?

Eles têm que passar por uma reticulação ou cura (crosslinking, em inglês); isto é, suas cadeias poliméricas se conectarão umas às outras por pontes moleculares, que vêm de moléculas ou polímeros bi ou polifuncionais (capazes de formar duas ou mais ligações covalentes fortes). A imagem abaixo resume o dito acima:

Fonte: Gabriel Bolívar

As linhas roxas representam as cadeias de polímero ou os blocos "mais rígidos" de elastômeros; enquanto as linhas pretas são a parte mais flexível. Cada linha roxa pode ser constituída por um polímero diferente, mais flexível ou rígido em relação ao que o precede ou procede.

Qual a função dessas pontes moleculares? O de permitir que o elastômero se enrole sobre si mesmo (modo estático), para poder se desdobrar sob uma pressão de estiramento (modo elástico) graças à flexibilidade de seus elos.

A mola mágica (Slinky, por exemplo, de Toystory) se comporta de maneira ligeiramente semelhante a como os elastômeros.

Vulcanização

Entre todos os processos de reticulação, a vulcanização é um dos mais conhecidos. Aqui, as cadeias de polímero são interconectadas por pontes de enxofre (SSS…).

Voltando à imagem superior, as pontes não seriam mais pretas, mas amarelas. Esse processo é essencial na fabricação de pneus.

Tratamentos físicos e químicos adicionais

Uma vez que os elastômeros tenham sido sintetizados, os próximos passos são tratar o material resultante para dar a eles suas características únicas. Cada material tem um tratamento próprio, entre os quais o aquecimento, a moldagem ou a trituração, ou outra "cura" física.

Nessas etapas, pigmentos e outros produtos químicos são adicionados para garantir sua elasticidade. Da mesma forma, seu módulo de Young, sua Tg e seu limite de elasticidade são avaliados como análise de qualidade (além de outras variáveis).

É aqui então que o termo elastômero é enterrado pela palavra 'borracha'; borrachas de silicone, nitrila, natural, uretanos, butadieno-estireno, etc. Borrachas são sinônimos de material elástico.

Síntese de elásticos

Finalmente, uma breve descrição do processo de síntese da faixa elástica será fornecida.

A fonte de polímeros para a síntese de seus elastômeros é obtida a partir do látex natural, especificamente da árvore Hevea brasiliensis. É uma substância leitosa e resinosa, que passa por purificação e é então misturada com ácido acético e formaldeído.

Desta mistura obtém-se uma placa, da qual se extrai a água apertando-a e dando-lhe a forma de um bloco. Esses blocos são cortados em pedaços menores em um misturador, onde são aquecidos e são adicionados pigmentos e enxofre para a vulcanização.

Em seguida, são cortados e extrudados para a obtenção de hastes ocas, dentro das quais ocuparão uma haste de alumínio com talco como suporte.

E, por fim, as hastes são aquecidas e retiradas de seu suporte de alumínio, para serem espremidas uma última vez por um rolo antes de serem cortadas; Cada corte gera uma liga, e incontáveis ​​cortes geram toneladas deles.

Referências

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2. Odian G. (1986) Introduction to Synthesis of Elastomers. Em: Lal J., Mark JE (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA
3. Kit de ferramentas de robótica suave. (sf). Elastômeros. Recuperado de: softroboticstoolkit.com
4. Capítulo 16, 17, 18-Plásticos, Fibras, Elastômeros.. Recuperado de: fab.cba.mit.edu
5. Síntese de elastômero.. Recuperado de: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Elástico de borracha. Recuperado de: madehow.com.