QUÍMICA DA BORRACHA (2010) 1

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1 QUÍMICA DA BORRACHA (2010) 1 CAVALHEIRO,Valéria Machado Siqueira 2 ; MARTINS, Márcio Marques 3 1 Trabalho de Pesquisa da disciplina de Projetos Interdisciplinares em Química 2 Curso de química do Centro Universitário Franciscano (UNIFRA), Santa Maria, RS, Brasil 3 Curso de química do Centro Universitário Franciscano (UNIFRA), Santa Maria, RS, Brasil valeria_msc@yahoo.com.br; marciomm@unifra.br RESUMO A estabilidade termodinâmica e a resistência à degradação faz das borrachas, em geral, bons materiais para as mais variadas aplicações. As borrachas são amplamente utilizadas em aplicações automotivas, normalmente após sofrer um processo químico conhecido com vulcanização. As borrachas vulcanizadas são ainda mais estáveis, do ponto de vista termodinâmico, em relação às não vulcanizadas. Esse estudo é um apanhado bibliográfico das informações referentes à físico-química desses polímeros elastoméricos utilizados em aplicações automotivas. Tendo como enfoque os aspectos tecnológico e ambiental. Esses materiais demoram muitos anos para sofrer degradação no ambiente e, portanto, é necessário (re)pensar sobre o processo de descarte de pneus usados. Finalizando, procurou-se relatar algumas propostas de reciclagem e reuso de pneus, segundo a literatura. Palavras-chave: Polímeros; Reciclagem; Ensino de Química 1. INTRODUÇÃO Polímeros são macromoléculas caracterizadas por um elevado comprimento de cadeia, estrutura química e interações intra e intermoleculares. Possuem unidades químicas ligadas entre si por ligações covalentes, repetidas regularmente ao longo da cadeia, denominadas meros. O número de meros da cadeia polimérica é denominado grau de polimerização, sendo geralmente simbolizado por n ou DP ( degree of polymerization ) (MANO, 1999). Os polímeros podem ter origem natural ou artificial. São exemplos de polímeros naturais a celulose, a queratina, o látex (poliisopreno natural), a lã, o algodão, etc. São exemplos de polímeros sintéticos: poli(cloreto de vinila), polipropileno, poliésteres, polietileno, poli(estireno), poli(óxido de etileno), poliuretana, resina fenol-formaldeído, 1

2 poli(butadieno), policloropreno, poli(isobutileno), poli(clorobutila), poli(bromobutila), poli(nitrílica), polisiloxanos (CANEVAROLO Jr.,SEBASTIÃO V, 2002). Segundo Eloísa Mano (MANO, 1999), com relação às propriedades mecânicas, os polímeros podem ser classificados em duas categorias gerais: plásticos e elastômeros. Os plásticos caracterizam-se por ser sólidos à temperatura ambiente, subdividem-se em termoplásticos e termorrígidos. Os elastômeros são polímeros que, na temperatura ambiente, podem deformar-se no mínimo duas vezes seu comprimento inicial, retornando ao comprimento original rapidamente após a cessação da aplicação de força externa. Um polímero de grande importância comercial e que apresenta propriedades dependentes da taticidade é o poli(isopreno). É um termoplástico de importância industrial, com propriedades elastoméricas. Possui duas estruturas isoméricas, cis-poli(isopreno) e trans-poli(isopreno) (figura 01). Cis-1,4-poli(isopreno) Trans-1,4-poli(isopreno) Figura 01: Estrutura cis e trans do poli(isopreno) ou IR A forma cis-1,4 do poli(isopreno) é altamente regular e, portanto, permite o acoplamento ou empacotamento de cadeias poliméricas. As cadeias interagem entre si por forças de dispersão e, graças a esse empacotamento de cadeias, o polímero apresenta propriedades elastoméricas. A forma trans enfraquece as características elastoméricas do poli(isopreno) pois não favorece o empacotamento de cadeias. As primeiras tentativas na pesquisa de borrachas sintéticas tinham por finalidade obter uma borracha sintética semelhante à borracha natural, usando o isopreno como material de partida. Em 1954 Goodrich foi bem sucedido na síntese de cis-1,4-poliisopreno (IR), a então chamada borracha natural sintética usando os agentes catalíticos de Ziegler- Natta (Carlos Ziegler e Júlio Natta), tetracloreto de titânio e trialquil-alumínio. Pouco depois Firestone descobriu o mecanismo para a síntese de IR usando lítio finamente disperso e 2

3 alquil-lítio como agentes catalíticos, o que já tinha sido proposto por C.D. Harries em 1917 (ATMR, 2010). A produção em grande escala de borracha de isopreno (IR) utilizando lítio foi iniciada em 1960 pela Shell, mas foi somente comercializada em 1962 pela Goodyear (HOFMANN, 1989). Como a estrutura química é quase similar à da borracha natural (os espectros infravermelhos são quase iguais), o campo de aplicação da IR é semelhante ao da borracha natural, embora a borracha sintética IR seja bastante mais pura. Vulcanização é um processo pelo qual a borracha é aquecida com enxofre para criar uma rede de ligações químicas cruzadas, produzindo uma estrutura polimérica reticulada. (figura 3). O processo foi inventado por Charles Goodyear em Ele produz uma borracha mais rígida que a borracha natural, que não solidifica com o frio e nem amolece com o calor, é elástica a ponto de sofrer pouca deformação é altamente resistente à abrasão (ATMR, 2010). O processo de vulcanização altera profundamente a estrutura molecular da borracha. Antes da vulcanização, as propriedades elastoméricas devem-se às interações de dispersão entre diferentes segmentos de cadeias. Após a vulcanização, formam-se retículos poliméricos, os quais caracterizam-se por ligações covalentes entre segmentos relativamente curtos de cadeias de origens diferentes (representados pelos pontos pretos conectando as cadeias na figura 02) (MANO, 1999). Figura 02: formação de ligações de sulfeto no processo de vulcanização da borracha 3

4 Segundo CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente)Os pneus usados estão se tornando um problema mundial. O descarte de pneus cresce ano após ano em todo o mundo. No Brasil, em 1999, foi aprovada a Resolução nº 258/99 do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) que instituiu a responsabilidade do produtor e do importador pelo ciclo total do produto, ou seja, a coleta, o transporte e a disposição final. Desde 2002, os fabricantes e importadores de pneus devem coletar e dar a destinação final para os pneus usados. O pneu é constituído por uma mistura de borracha sintética e natural, mas incluem componentes adicionais de negro de fumo, enxofre, polímeros, óleo, parafinas, pigmentos, tecidos e materiais de talão ou cinto, gerando dificuldades para as empresas em trituram os pneus por causa da malha de aço (ATMR, 2010). Como o uso de pneus e borrachas automotivas é disseminado na sociedade moderna, e o problema do descarte desses materiais não foi resolvido adequadamente, cabe aos pesquisadores buscar formas de minimizar o problema de descarte inadequado de pneus, buscando formas alternativas de reutilização desses materiais. 3. METODOLOGIA Realizou-se uma pesquisa bibliográfica em fontes variadas (livros acadêmicos, revistas, periódicos da área de tecnologia em polímeros, sites de fabricantes de borrachas automotivas, prospectos técnicos, etc). Logo a seguir, realizou-se uma tabulação das informações coletadas. a partir de borrachas recicladas. A seção 4 resume as principais informações coletadas durante a pesquisa bibliográfica. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES As principais tecnologias mais utilizadas para a reutilização, reciclagem e a valorização energética de pneus usados são: 1. recapagem, 2. recauchutagem e remoldagem de pneus; 3. co-processamento em fornos de cimenteiras; 4. pavimentação com asfalto-borracha; 4

5 5. queima de pneus em caldeiras; 6. utilização na construção civil; 7. regeneração de borracha; 8. desvulcanização; 9. indústria moveleira; 10. equipamentos agrícolas; 11. tapetes para reposição da indústria; 12. solados de sapato; 13. cintas de sofás; 14. borrachas para rodos; 15. pisos esportivos; 16. equipamentos de playground; 17. tapetes automotivos; 18. vedação; 19. confecção de tatames; 20. puffs. Borrachas e plásticos conquistaram um espaço de grande importância na sociedade atual. O plástico com suas propriedades como leveza, razoável resistência mecânica e moldabilidade a baixa temperatura, aliadas ao preço baixo. Porém, os rejeitos plásticos, devido a pouca degradabilidade e baixa densidade, ocupam vastos espaços no ambiente por um longo tempo (POLÍMEROS, 2007). Com o crescente uso deste tipo de material, principalmente na área de embalagens, cujo descarte é muito mais rápido quando comparado a outros produtos, tem-se um agravamento da situação dos locais de destino de lixo. As borrachas, principalmente as vulcanizadas, por sua elevada estabilidade química e termodinâmica, possuem longo tempo de vida no ambiente. Como a produção de pneus e borrachas automotivas é de vital importância para países como o Brasil, que se vale de transporte rodoviário para transportar matérias-primas e bens manufaturados, o descarte de pneus usados assume proporções gigantescas. Analisando os aspectos ambientais do gerenciamento de resíduos sólidos urbanos, cada vez mais são importantes estudos que provem que a reciclagem dos plásticos e borrachas é viável (POLÍMEROS, 1998). Uma combinação de leis, iniciativas públicas, e atividades de educação está reduzindo significativamente a poluição por resíduos de longo tempo de degradação (TEEGARDEN, D.M., 2004). 5

6 PET: Processos de reciclagem mais comuns incluem a reutilização de pneus e garrafas O que é possível fazer com esses materiais recicláveis? Algumas alternativas podem ser listadas: 1. construção de cadeiras, mesas ou puffs; Figura 03: Poltrona (esquerda) e puff (direita) confeccionados com pneus reciclados. 2. sandálias; Figura 04: Sandália produzida com borracha proveniente de pneus usados. 3.pavimentação asfáltica; Figura 05: Piche mesclado com farinha de pneu sendo usado para pavimentação de vias automotivas. O lixo brasileiro em grande parte é composto por embalagem que poderiam ser reciclados, a maioria desse lixo que é acumulado em locais indevidos com a não reutilização 6

7 causando assim problemas ambientais e também de saúde pública, gerando locais propícios à doenças. A reciclagem dos pneus chamados inservíveis ou seja, sem condições de rodagem ou de reforma pode acontecer durante o processo de recauchutagem: Nessa técnica, são inseridas novas camadas de borracha nos pneus velhos, fazendo-os ganhar uma sobrevida, além de proporcionar uma economia de energia e matéria-prima que seriam utilizadas caso um pneu novo fosse produzido. Uma outra medida de reciclagem de pneus surge como alternativa e ganha cada vez mais espaço: a produção de calçados e produtos com base nesse material reciclado (GOÓC, 2010). Consideravel alternativa para reaproveitar o produto e amenizar o impacto no ambiente, evitando assim o descarte final do material. 5. CONCLUSÃO Neste trabalho foi feito um levantamento das principais tecnologias utilizadas no Brasil para a reutilização, reciclagem, um estudo sobre a Química das borrachas, enfatizando a estabilidade termodinâmica e a resistência a degradação destas com base nesse estudo, enfocamos o estudo nas borrachas automotivas; ganhar maior compreensão sobre os processos de degradação de pneus; foram apresentadas algumas propostas de reuso de pneus, segundo a literatura. Para fins de desenvolvimentos futuros, será desenvolvida uma metodologia de produção de puff usando pneus descartados, os quais poderão ser exibidos em mostras científicas do projeto PIBID. REFERÊNCIAS ATRM, Advanced Technical Recycling Material Co., Ltd, Disponível em: < acessada em 8 de Setembro de CANEVAROLO Jr.,SEBASTIÃO V. Ciência dos Polímeros: Um texto básico para tecnólogos e engenheiros. São Paulo: Artliber, CONAMA, Conselho Nacional do Meio Ambiente, Disponível em: < acessada em 5 de Setembro de GOÓC. Disponível em: < Acessado em 5 de setembro de HOFMANN W., Rubber Technology Handbook, New York, Hanser,

8 MANO, E.B.; MENDES, L.C. Introdução a Polímeros. São Paulo: Blücher, PORTAL DA INDÚSTRIA DA BORRACHA, Disponível em: acessada em: 4 de Setembro de POLÍMEROS, Revista Polímeros: ciência e Tecnologia, Polímeros: Ciência e Tecnologia, Ab r/jun, 1998, Revista Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 17, nº 2, p , 2007 TEEGARDEN, D.M. Polymer Chemistry: Introduction to an Indispensable Science, National.Science Teachers Association,