Aditivos para Polímeros: uma perspetiva

Os plásticos adquiriram desde há cerca de oitenta anos, sobretudo a partir do fim da segunda guerra mundial, um estatuto de materiais insubstituíveis em muitas peças quer isoladas ou como componentes de objetos que utilizamos constantemente. Praticamente não há domínio de aplicação onde não estejam presentes, sendo por isso fastidioso enumerar aqui o que todos conhecemos.

Ao longo destes anos o crescimento da investigação em Química Macromolecular aumentou fortemente a invenção de novos polímeros que, pelas suas propriedades permitiram não só abrir imenso o leque de aplicações ao permitir a substituição de materiais convencionais desde a argila, madeira, porcelana, metais, vidro, etc, como aumentar cadências de produção que respondessem a uma demanda do consumo de bens que anteriormente estavam apenas disponíveis a um segmento muito restrito da sociedade.

Um exemplo simples de que nem sempre nos lembramos é o de que em Portugal nos anos 60 do século passado circulava um automóvel por 10 habitantes e hoje a relação é de cerca de 6 ou 7 para 10. E isto passa-se em muitos outros países.

O consumo anual de materiais plásticos no mundo já ultrapassou os 300 milhões de toneladas.

É neste momento que quem trabalha com plásticos se interroga: e isto é bom?

Eu diria que sim, mas tenho de o fundamentar ao longo deste texto esperando que os pacientes leitores me deem razão no fim da sua leitura. Para isso é preciso reduzir do papel dos polímeros enquanto matéria-prima isolada sem aditivos para o fabrico de plásticos. Convém diferenciar entre polímero que é uma entidade química e plástico que é todo o material capaz de mudar de forma por uma ação externa de pressão e temperatura.
Mas os dois conceitos fundem-se naturalmente na linguagem corrente, e não se condena ninguém por isso quando se trabalha com plásticos, seja na sua transformação industrial, projeto e conceção de moldes e ferramentas e outras actividades correlacionadas. Há, contudo, alguma injustiça quando valorizamos a performance de muitos plásticos mencionando-os apenas pelo nome do ou dos polímeros que o compõem e não nos detemos noutros constituintes sem os quais a aplicação falharia em vários requisitos que eram pedidos.

IMPORTÂNCIA DAS CARGAS, REFORÇOS E ADITIVOS

A possibilidade de melhorar a performance de muitos polímeros recorrendo à sua associação com outros materiais permitiu ainda estender a aplicação dos materiais plásticos sobretudo nas aplicações automóvel, embalagem, elétricas e eletrónicas, construção, alimentando a imaginação de designers.
Basta lembrar por exemplo as limitações do polipropileno e do polietileno, de longe os polímeros de maior consumo, no que concerne a resistência à oxidação térmica, que sem aditivos específicos se degradariam em algumas semanas. E não se pode omitir o papel que alguns aditivos conferem à facilidade de processamento e consequente aumento de produtividade.

Uma definição formal e até certo ponto oficial, na Comunidade Europeia, é a que classifica como carga, reforço e aditivo toda a substância que, quando incorporada num composto plástico, se destina a conseguir um determinado efeito técnico no produto final.

Para simplificar a abordagem sintética de um tema como este que pode ser vastíssimo, (pois implicaria, só cada tipo de aditivo, vários artigos e sempre em permanente actualização), subdividimo-los em quatro grandes grupos:

a) Reforços e cargas de Fibras (vidro, carbono, etc)
b) Reforços e cargas de materiais não fibrosos (talco, carbonato de cálcio, etc)
c) Aditivos funcionais (anti-UV’s, auto-extinguíveis, pigmentos, etc)
d) Auxiliares de processamento (lubrificantes, plastificantes, etc)

FIBRAS

A variedade de materiais em forma de fibra que podem ser aditivados a polímeros é muito grande, mas a fibra de vidro é dominante e é sobre esta que nos deteremos mais. De facto, a fibra de carbono é também muito utilizada e sobre ela falaremos adiante. Além destas são já usadas atualmente fibras sintéticas, fibras de aço, fibras de algodão, fibras de celulose modificada, sisal e juta, embora o caso específico de fibras de origem vegetal venha a ser abordado mais adiante num capítulo específico dedicado a aditivos de origem biológica.

A fibra de vidro é bem conhecida de quase todos os que projetam e desenvolvem peças plásticas e ainda melhor por quem tem de processar esses materiais. O objetivo principal é conseguir aumentar o módulo de elasticidade, isto é, a rigidez, aumentar a resistência à rotura e em certa medida aumentar a dureza superficial. Os valores que normalmente são adicionados podem ir dos 10% até aos 65%, embora nos casos de percentagens muito elevadas, seja recomendável que a matriz polimérica tenha uma estrutura molecular adequada, como existe em algumas especialidades de poliamidas já presentes no mercado.

A maior dificuldade associada a esta carga é o processamento do composto onde está presente, pela geometria da fibra e a falta de afinidade desta para se ligar ao polímero base.

Para tentar diluir melhor a fibra e conseguir uma distribuição menos anisotrópica é recomendável que a fibra esteja embebida num ligante (normalmente um silano) para que quando se dá a plastificação a fibra mantenha o mais possível a posição relativa no polímero que a embebe. A informação desta característica deve constar na ficha técnica do material normalmente com a referência “quimicamente ligada” ou em inglês “chemically bonded).

Mas este não é único problema porque a contração esperada para a peça depende muito da orientação espacial das fibras na peça. Como se pode ver na fig.1 a contração é menor no sentido do fluxo do que no sentido transversal quando o polímero não tem fibra e o contrário nos composto com fibra.

A esta dificuldade acresce levar em linha de conta em vários parâmetros do processo para evitar fragilidades nas linhas de união e de soldadura. Também constitui dificuldade se a peça tem requisitos de aspeto superficial devido à migração das fibras para a “pele” das peças.

Continue a ler este artigo na revista MOLDE 128, disponível em www.cefamol.pt.

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Autoria: Pedro Brandão | Formador e Consultor Técnico especializado na área dos plásticos e moldes