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Borracha Butílica
Valdemir José Garbim
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Conteúdo
BORRACHA BUTÍLICA - HISTÓRICO.................................................................. 2
O Que é a borracha butílica? .......................................................................... 4
Manufatura da borracha butílica ................................................................... 4
Informações relevantes .................................................................................. 7
ESTRUTURA MOLECULAR E PROPRIEDADES - Cadeias estruturais................... 7
Insaturação da borracha butílica.................................................................... 8
Borrachas butílicas halogênadas - Cloro butil “CIIR” e Bromo butil “BIIR” .... 10
Orientação para escolha do grade de borracha butílica................................ 13
Blenda de borrachas butílicas com outros elastômeros ................................ 14
Aditivos para vulcanização das borrachas butílicas ...................................... 14
Anti-degradantes para borrachas butílicas................................................... 17
Resistência ao ozônio ................................................................................... 19
Resistência à água e ao vapor d’água .......................................................... 20
Resistência a produtos químicos, óleos e solventes....................................... 21
Principais aplicações de artefatos produzidos com borracha butílica e
borrachas butílicas halogenadas .................................................................. 22
Cargas e plastificantes para borrachas butílicas e butílicas halogenadas ..... 23
Processamento dos compostos em borrachas butílicas................................. 24
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Processamento de mistura em Banbury (método convencional)................... 24
Processamento de mistura em banbury (método upside down).................... 25
Processamento de mistura em misturador aberto........................................ 25
FORMULAÇÕES............................................................................................. 26
Processamento de Conformação por Extrusão.............................................. 29
Processamento de conformação por calandragem ....................................... 29
Processamento de moldagem por transferência, compressão e injeção ....... 30
Conclusão..................................................................................................... 32
Bibliografia para consulta ............................................................................ 32
Sobre o autor:
Especialista em borrachas e plásticos com mais de vinte anos de experiência em diversas indústrias do
setor. Atua como consultor em mais de uma dezena de empresas de artefatos de borracha.
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BORRACHA BUTÍLICA - HISTÓRICO
Dados bibliográficos informam, que em 1870, os pesquisadores Gorianov e Butlerov perceberam
formações poliméricas a partir do tratamento de alguns materiais graxos com trifluoreto de boro, o
que chamaram de isobutileno. Trabalho retomado em 1927 por Otto, pesquisador da I.G. Farben
Company Germany
Já nos idos de 1930, a própria I.G.Farben Company produziu polímeros de isobutileno apresentando
alto peso molecular, que foram manufaturados inicialmente em laboratório. Este material mostrava-
se com propriedades borrachosas, porém, devido sua estrutura hidrocarbônica totalmente saturada,
não se conseguia a reação de vulcanização por meio do enxofre, prática comum na época, usado
para borracha natural. Atualmente estes homopolímeros estão disponíveis em várias opções de peso
molecular produzidos pela Badischer, Alemanha, com o nome “Oppanol” e pela Exxon Chemical Co.,
com o nome “Vistanex”
Em 1937, os pesquisadores W. J. Spakers e R. M. Tomas da companhia Standard Oil Development Co.
que mais tarde passou a denominar-se Exxon Research & Engineering Co., produziram os primeiros
resultados de polímeros de isobutileno vulcanizados, incorporando pequena quantidade de uma
diolefina, o isopreno, à molécula do poliisobutileno, o que permitia então a ligação entre cadeias
moleculares distintas, ou seja, o crosslink.
Este copolímero “butill” vulcanizado apresentava propriedades singulares, como: ótima resistência à
permeabilidade de gases; uma alta histerese; excelente resistência ao calor, ozônio e ao ataque de
vários produtos químicos.
A descoberta deste novo material elastomérico despertou grande interesse no governo Norte
Americano durante a Segunda Guerra Mundial, principalmente por causa da premente necessidade
de produção de borrachas sintéticas como estratégia alternativa à borracha natural.
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A Exxon, sendo auxiliada pelo Office of Rubber Reserve, pertencente ao governo Americano,
construiu a primeira planta produtiva de Borracha Butílica que inicialmente produzia o material para
fins militares; depois, em 1956, a Exxon Chemical adquiriu do governo Americano a planta com
objetivos de comercializar Borracha Butílica para os diversos fins industriais e automotivos.
O Que é a borracha butílica?
Borracha Butilica é um copolímero de Isobutileno; poli (metilpropeno-co-2-metil-1,3 butadieno) ou
poli (isobutileno – co – isopreno), contendo pequenas quantidades de Isopreno, sendo este segundo
monômero o que oferece as duplas ligações, (insaturação), onde ocorre a ponte de enxofre, ou seja,
a vulcanização.
Comumente compostos em Borracha Butílica são indicados na produção de artefatos vulcanizados,
destacando-se peças como:
- Câmaras de ar para automóveis e caminhões;
- Revestimento interno de pneus sem câmaras;
- Bladers e bexigas para fabricação de pneus;
- Amortecedores e isoladores de vibração, choques mecânicos e pancadas;
- Mantas calandradas e membranas usadas em impermeabilização de telhados, etc;
- Tampas e tampões para embalagens farmacêuticas;
- Peças industriais diversas.
Manufatura da borracha butílica
A Borracha Butílica é produzida a partir da copolimerização do Isobutilleno, na proporção entre 97%
a 99,5% e do Isopreno entre 3% a 0,5%. Isto acontece em uma solução de cloreto de metila contendo
ainda cloreto de alumínio dissolvido na solução, onde este atua como catalisador (a Figura 1 ilustra
de forma esquemática a planta de manufatura).
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A reação de polimerização acontece em baixa temperatura, aproximadamente – 100°C, e de forma
contínua. O calor gerado na reação exotérmica é praticamente instantâneo, e é retirado através de
resfriamento pela circulação de etileno líquido dentro de serpentinas montadas no reator, pois a
temperatura deve ser mantida a aproximadamente – 100°C.
A Borracha Butílica é insolúvel em cloreto de metila, formando assim pequenos blocos aglomerados
de partículas de borracha que em seguida são bombeados para o interior de tanques onde são
lavados com água quente e vapor d’água. Os resíduos de cloreto de metila e monômeros não
convertidos são vaporizados, em seguida comprimidos, purificados, secados e reutilizados no
processo. Aos blocos de borracha formados, pequena quantidade de agentes anti-aglomerantes
(estearato de zinco) são adicionados e ainda é colocado hidróxido de sódio para neutralizar
totalmente a ação catalítica do cloreto de alumínio. Para proteger o polímero da degradação,
durante o processamento de secagem são adicionado aditivos estabilizadores (antioxidantes), isto
permite a preservação das propriedades do copolímero por largo tempo de estocagem.
Sistemas de extrusoras separam os blocos de borracha da água de lavagem, seguindo para secagem
total do polímero. Por meio de transportadores de esteira os blocos de borracha são submetidos a
sistemas que promovem o devido resfriamento, em seguinda são compactados, enfardados e
embalados em sacos de polietileno, estando prontos para comercialização.
Para produção de Borrachas Butílicas Halogenadas, o elemento halógeno (Cloro ou Bromo) é
adicionado e perfeitamente misturado, diretamente à solução, durante o processo de polimerização.
O processamento segue cuidadosamente controlado sendo que somente uma pequena quantidade
das duplas ligações existentes na cadeia polimérica deverá reagir com o elemento halógeno, uma vez
que tal elemento é principalmente alocado em alquil posições (ou seja, aloca-se ao lado do átomo de
carbono que se situa mais próximo da dupla ligação) da cadeia polimérica.
Precisos controles de processo asseguram que todas as duplas ligações sejam alocadas nos átomos
dos elementos halógenos alquídicos, assim, a proporção de insaturação e o conteúdo de elementos
halógenos concorrem entre si, ou seja: para cada elemento halógeno, ao seu lado haverá um ponto
de insaturação.
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Como as borrachas butílicas são produzidas pela polimerização em solução, não é necessário o uso
de agentes emulsificantes. Também não são empregados modificadores estruturais, pois o peso
molecular pode ser controlado através das condições de polimerização.
Figura 1 - Esquema do processamento de manufatura para produção de Borracha Butílica, compilado de
literaturas “POLYSAR BUTIL HANDBOOK” (published by the Technical Publications Section, Technical
Development Division Limited, Canadá – Sarnia 1977)
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Informações relevantes
A Borracha Butílica normalmente contém até 98,5% de polímero hidrocarbônico, porém pequenas
quantidades de materiais não elastoméricos também estão presentes, sendo eles:
“Antiaglomerantes”: Estes são normalmente uma mistura de ácido esteárico e estearato de zinco,
existentes em quantidades entre 0,4 a 1%. O ácido esteárico pode reagir com o alumínio, sódio ou
cálcio, dando origem aos estearatos metálicos. Vale informar que a borracha butílica, quando
indicada para aplicações FDA (grade alimentícia), o ácido esteárico empregado também atende tal
requisito e o estearato de zinco é subtraído.
“Estabilizadores”: Devido a Borracha Butílica apresentar baixa insaturação e assim estar pouco
sujeita ao ataque oxidante, mínimos teores de agentes estabilizantes são adicionados, entre 0,02 a
0,15% em peso, sobre o total de borracha. Basicamente as Difenilaminas Alkiladas, Fenil Fosfitos
Alkilados, ou ainda Fenóis Alkilados são empregados dependendo do grade da Borracha Butílica.
Comumente, os estabilizantes base Fosfitos ou Fenóis são empregados em copolímeros de Borracha
Butilica, principalmente os grades que devam atender os requisitos FDA.
“Catalisador Residual”: Como já comentado anteriormente, os resíduos do catalisador base cloreto
de alumínio são neutralizados através da adição do hidróxido de sódio, que depois, pelo processo de
lavagem da borracha, são removidos totalmente.
ESTRUTURA MOLECULAR E PROPRIEDADES - Cadeias estruturais
Como já mencionado, a Borracha Butílica é uma estrutura hidrocarbônica que consiste de 97 a 99,5%
de unidades de isobutileno combinado com 3,0 a 0,5% de unidades de isopreno. Em análises
realizadas por Ressonância Magnética Nuclear (NMR), foram observadas unidades de isobutileno
dispostas em formação de cabeça – calda da cadeia, estando contidas em espaços intermediários,
unidades de isopreno de configuração microestrutural trans - 1,4 randômica (conforme figura 2)
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Figura 2
A Borracha Butílica, ou seja, a copolimerização poli-isobutileno-isopreno, mostra-se como um
polímero com estrutura bastante similar à do poliisobutileno, apresentando também a mesma
temperatura de transição vítrea (Tg de – 72°C).
Na condição de repouso (sem solicitação de tensões externas), a borracha butílica apresenta
características amorfas, borrachosas e flexíveis ao longo de todo ciclo de trabalhos mecânicos,
porém, a existência de grupos -CH3- distribuídos na cadeia polimérica, compatibiliza-se e une-se com
grupos similares de cadeias diferentes e isso retarda a resposta elástica de maneira a reduzir a
velocidade de retorno à situação inicial após a deformação devido a esforços externos. Isto evidencia
a propriedade de alta histerese, o que torna esta borracha bastante adequada ao emprego como
amortecedora de choques e vibrações.
Ainda, os movimentos lentos de deslizamento intermolecular, dos seguimentos estruturais
poliméricos da Borracha Butílica, são os principais responsáveis pela propriedade de
impermeabilidade a gases como o oxigênio, nitrogênio, monóxido de carbono, etc.
Insaturação da borracha butílica
Os grades de Borracha Butílica comumente comercializados apresentam poucos pontos de
insaturação em sua cadeia molecular, isto representa 0,5 a 3,0% (dependendo do grade) de parte da
sua estrutura que contenha duplas ligações carbônicas suscetíveis a reagiram com enxofre durante a
vulcanização. Somente como informação comparativa, a Borracha Natural e o Polibutadieno
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apresentam insaturação de 100%, o SBR é de 86% e a borracha Nitrílica (grades com 30% de ACN),
tem 70%.
Elastômeros de maiores níveis de insaturação estão mais sujeitos ao ataque de radicais livres
oxigenados, que são oxidantes, gerando então uma complexa reação que envolve exatamente os
pontos de ligações duplas, carbono – carbono, iniciando a degradação do material. A pequena taxa
de insaturação da Borracha Butílica a torna mais resistente à oxidação e ao envelhecimento pelo
calor, se comparado às outras famílias de borracha citadas acima, não obstante, pode-se notar
também melhor resistência ao ataque de agentes químicos ácidos, alcalinos, produtos oxidantes e
ozônio.
Por outro lado, a baixa insaturação conduz a velocidades de cura bastante lentas e estados de cura
inferiores, assim, compostos com Borracha Butílica demandam o emprego de conjunto de
aceleradores mais energéticos, bem como elevadas temperaturas de vulcanização (160 a 200°C).
Maiores velocidades e estados de cura, assim como superiores propriedades mecânicas, podem ser
conseguidas escolhendo grades de Borracha Butílica de maior insaturação.
Devido ao relativamente baixo nível de insaturação da Borracha Butílica, não se consegue bons
resultados da blenda desta com outros tipos de borracha de alta insaturação, pois durante reação de
vulcanização dois estágios de cura são observados, em que a borracha de alta insaturação tende a
competir por maiores teores de agentes curativos, curando-se muito mais rapidamente atingindo
estados de super-cura ou reversão, no momento em que a Butilica atinge sua condição de cura ideal.
Observa-se então efeitos adversos no composto assemelhando-se a contaminações, delaminações,
sub-cura, entre outros. Quando tornar-se tecnicamente necessário a blenda com outros polímeros
de alta insaturação, a indicação de Borracha Butílica Halogenada, como Bromo Butil ou Cloro Butil,
tende a eliminar os problemas acima comentados.
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Borrachas butílicas halogênadas - Cloro butil “CIIR” e Bromo butil
“BIIR”
Uma variação na estrutura polimérica da borracha butílica proporciona a inserção dos elementos
químicos halógenos como o Cloro ou Bromo (como visto na fig. 3), isto permite que ocorra melhor
reatividade durante a vulcanização proporcionando mais elevados estados de cura e superior
estabilidade das característica técnicas do artefato vulcanizado. Ainda, as borrachas butílicas
halogenadas oferecem melhor compatibilidade em blendas com outras famílias de borrachas
convencionais de mais elevado índice de insaturação.
O efeito da halogenação da borracha butílica não interfere na sua excelente propriedade de
impermeabilidade a gases, nem tampouco demérito de sua resistência a produtos químicos ou as
mais elevadas temperaturas.
As borrachas butílicas halogenadas podem ser processadas e vulcanizadas igualmente aos outros
tipos de borrachas convencionais, bem como blendas com NR, IR, SBR, CR e EPDM. São bastante
comuns, pois a cura ocorre simultaneamente nos polímeros que compõem a blenda, oferecendo
artefatos de apreciáveis qualidades. Borrachas Butílicas Halogenadas ainda são infinitamente menos
suscetíveis a contaminações por outros polímeros.
Artefatos produzidos com borrachas butílicas halogenadas oferecem excelentes propriedades, como:
- Resistência à fadiga por flexão;
- Baixa deformação permanente à compressão;
- Resistência ao rasgamento;
- Resistência a ácidos, álcalis e solventes oxigenados.
As tabelas 1 e 1A apresentam os principais grades de Borracha Butilica e Borrachas Butílicas
Halogenadas comumente comercializadas para fabricação de artefatos diversos.
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Figura 3
Tabela 1 - Grades de Borrachas Butílicas e Halo-Butil Comercializadas pela Lanxess
Grades
Propriedades
Polysar
Butil
100
Polysar
Butil
101-3
Polysar
Butil
301
Polysar
Butil
402
Polysar
Bromo
Butil
X2
Polysar
Bromo
Butil
2030
Polysar
Cloro
Butil
1255
Polysar
Cloro
Butil
1240
Insaturação 0,7 1,6 1,6 2,2 # # # #
Teor do Elemento
Halógeno
# # # # 2 2 1,2 1,2
Velocidade de Cura Lenta Média Média Rápida Média Média Média Média
Estabilizante n.m. n.m. n.m. n.m. n.m. n.m. n.m. n.m.
Viscosidade Mooney
1 + 8 @ 125 °C
~45 ~51 ~51 ~47 ~46 ~32 ~50 ~39
Teor de Voláteis < 0,3 < 1,0 < 0,3 < 0,3 < 0,7 < 0,7 < 0,5 < 0,5
Teor de Cinzas < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,7 < 0,7 < 0,5 < 0,5
Densidade g / cm3 0,92 0,92 0,92 0,92 0,93 0,93 0,93 0,93
Aplicação “a” “b” “c” “d” “e” “f” “g” “h”
Tabela compilada e adaptada, oriunda do Livro Manual for the Rubber Industrie “Bayrer”, p. 216 a 221 (n.m = não manchante)
Aplicações:
“a” – Fabricação de membranas e gaxetas industriais;
“b” – Peças em contato com produtos alimentícios;
“c” – Câmaras de ar para pneumáticos, Bladers, peças técnicas diversas;
“d” – Artefatos farmacêuticos, peças para contato com alimentos, peças moldadas diversas;
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“e” – Revestimento interno de pneus sem câmaras, câmara de ar para pneus, peças técnicas
diversas, artigos farmacêuticos, amortecedores de impacto e vibrações, boa adesão a outros
elastômeros insaturados;
“f” – Revestimento interno de pneus sem câmara, artigos farmacêuticos, amortecedores de choques
e vibrações, processamento fácil, alta adesão a substratos;
“g” – Revestimento interno de pneus sem câmara, artigos farmacêuticos, amortecedores de choque
e vibrações, artigos técnicos em geral,
“h” – Revestimento interno de pneus sem câmara, lateral branca de pneus, mangueiras para
produtos químicos, artigos farmacêuticos e técnicos em geral, amortecedores de choque e vibrações,
fácil processabilidade.
Tabela 1A - Borrachas Butílicas Halogenadas comercializadas pela Exxon
Grades de Borrachas Butílicas Halogenadas comercializadas
pela Exxon
Viscosidade Mooney
ML 1 + 8 @ 125 °C
Teor de Elemento
Halógeno %
Cloro Butil 1065 * 26 a 36 1,2
Cloro Butil 1066 33 a 43 1,2
Cloro Butil 1068 45 a 55 1,2
Bromo Butil 2211 ** (cura rápida) 27 a 37 2
Bromo Butil 2222 (maior segurança de proces.) 27 a 37 2
Bromo Butil 2233 (cura rápida) 32 a 42 2
Bromo Butil 2244 (cura rápida) 41 a 51 2
Bromo Butil 2255 (maior segurança de proces.) 41 a 51 1,9
Notas:
* Cloro Butil 1065, contém aprox. 0,1 % em peso de um antioxidante não manchante. Todos os grades de Halo-butil
da Exxon também têm certa quantidade de estearato de cálcio para proteger o polímero da dehidrohalogenação.
** Todos os grades de Bromo-butil da Exxon contém certa quantidade de óleo de soja epoxidado para proteger o
polímero da dehidrohalogenação.
Tabela compilada e adaptada, do Livro The Vanderbilt Rubber Handbook, p. 107 (thirteentth edition).
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Orientação para escolha do grade de borracha butílica
A melhor escolha do grade de borracha butílica para certas aplicações baseia-se principalmente no
compromisso que o artefato vulcanizado deverá oferecer como resposta da performance técnica em
seu uso e vida útil.
Como podemos observar pela tabela 1, temos à disposição grades com insaturação entre 0,7 a 1,2 %,
o que influencia o estado de cura do artefato vulcanizado, isso é diretamente proporcional ao
aumento da insaturação, mas a resistência ao ozônio e a temperaturas mais elevadas tendem a
diminuir.
A tabela 1 também apresenta os diversos grades e suas respectivas viscosidades Mooney.
Igualmente aos outros tipos de borracha, sabemos que grades com viscosidade menor oferecem
mais fácil processabilidade, normalmente indicado para compostos que serão moldados por injeção,
transferência ou calandragem, enquanto que artefatos que serão conformados por compressão ou
extrusão e que exijam superior estabilidade dimensional (isso é conseguido com compostos cujo teor
de cargas e plastificantes são mais elevados), os grades de borracha butílica com viscosidade Mooney
maior são os recomendados.
Grades de borracha butílica halogenadas apresentam-se como os mais indicados para preparação de
blendas com elastômeros comuns mais insaturados proporcionando ainda a vantagem da co-
vulcanização simultaneamente.
Particularmente, os diversos grades de borracha Bromo-butílica oferecem ótimos resultados no
estado de cura, e ainda melhor adesão a substratos e artigos vulcanizados com excelente resistência
ao calor, comparando aos outros grades de butílicas. Outro aspecto interessante apresentado por
compostos produzidos com borrachas bromo-butílicas é que os teores de aditivos curativos poderão
ser reduzidos, o que proporciona indicação para uso na fabricação de artigos farmacêuticos, ou
ainda, em condições de aplicação onde produtos químicos agressivos tenderão a extrair aditivos da
composição.
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Conforme comentado anteriormente, outra propriedade singular de todos os grades de borracha
butílica é a alta impermeabilidade a gases e líquidos, podendo esta característica ser considerada
como a mais importante desta família de borracha. A tabela 6 (pag. 22) no final deste texto mostra
efeitos comparativos da permeabilidade a diversos gases entre vários tipos de borracha.
Para artefatos que terão contato com produtos alimentícios, indica-se os grades de cloro-butil, pois
oferecem certificação FDA.
Blenda de borrachas butílicas com outros elastômeros
Uma especial atenção deverá ser atribuída na escolha do grade de borracha butílica para produção
de blendas como outros elastômeros, pois os grades de borrachas butílicas não halogenadas são
inadequadas para a co-vulcanização simultânea, principalmente em combinação com elastômeros
altamente insaturados, produzindo resultados técnicos insatisfatórios.
Por outro lado, as borrachas butílicas halogenadas (principalmente a bromo-butil) apresentam
superior compatibilidade nas blendas com NR, BR, SBR, EPDM, CR e outros, produzindo co-
vulcanização perfeitamente regular. Uma prática comum nas empresas processadoras de compostos
e produção de artefatos vulcanizados é a blenda de EPDM amorfo com bromo-butil, o que
proporciona singular incremento na adesão em substratos, principalmente metálicos devidamente
tratados.
Aditivos para vulcanização das borrachas butílicas
Devido à baixa insaturação na estrutura polimérica das borrachas butílicas, para se obter compostos
que ofereçam vulcanização em tempos apreciáveis é necessário o emprego de aditivos aceleradores
altamente energéticos, a combinação de TMTD + MBT pode ser usada, porém algumas vezes
emprega-se ainda um ditiocarbamato (ZBDC, ZMDC ou outros) para um ajuste mais efetivo da
velocidade de vulcanização. É importante lembrar que o balanço preciso entre o agente de cura (ex.:
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Enxofre) e os aceleradores deverá ser cuidadosamente considerado observando a devida segurança
de processamento e as propriedades técnicas requeridas pelo artefato vulcanizado.
Sistemas de cura baseados em Quinona-Dioxima + Óxido de Chumbo (ou Dióxido de Chumbo) ou
ainda o MBTS, podem ser usados, o que oferece vulcanização rápida e eficiente estado de cura
produzindo também artefatos com superior resistência ao calor e ao ozônio (compostos deste tipo
normalmente são usados em revestimento isolante em fios e cabos elétricos de média e baixa
voltagem).
Compostos com borrachas butílicas halogenadas destinados à produção de artefatos com máxima
resistência ao calor + umidade (ex. Bladers para produção de pneus) são formulados usando como
agente de cura a resina SP 1045 da Schenectay.
Para compostos com borrachas butílicas halogenadas, o óxido de zinco + estearina, indicado na
formulação tem ação funcional como primeiros agentes de cura sempre combinando o enxofre +
aceleradores. O emprego de óxido de chumbo + doadores de enxofre proporciona artefatos
vulcanizados com superior resistência à deformação permanente à compressão.
Uma observação cuidadosa refere-se à indicação de certos tipos de antioxidantes de base fenóis,
pois estes poderão ativar o sistema da vulcanização reduzindo a segurança de processamento.
Em compostos com borrachas butílicas halogenadas torna-se indispensável a adição de óxido de
magnésio ativo ou estearato de cálcio com a função de neutralizar os gases ácidos gerados durante a
vulcanização, originados dos elementos halógenos existentes no polímero. Estes aditivos de
composição, se adicionados em teores mais elevados, poderão funcionar como retardadores de
vulcanização provocando aumento do scorch, redução da densidade de crosslink e alongando o
tempo de cura.
A tabela 2 apresenta diversas sugestões de sistemas de vulcanização para as borrachas butílicas e
borrachas butílicas halogenadas.
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Tabela 2 – Sugestões Para Sistema de Cura em Borrachas Butílicas e Borrachas Butílicas Halogenadas
Ingredientes para
vulcanização
PHR Indicação de Uso
Óxido de Zinco 99,5%
Estearina Dupla Pressão
MBTS
Enxofre
3
1
1,3
0,5
Uso em composto base Bromo Butil;
Sistema de cura normalmente indicado para
compostos destinados na fabricação de câmaras de
ar automotivas.
Óxido de Zinco 99,5%
Antioxidante Agerite White
3
2
Uso em composto base Bromo Butil;
Sistema usando aditivos anti-degradantes como
agente de cura.
Óxido de Zinco 99,5%
Resina SP 1045
5
3
Uso em compostos base Bromo Butil;
Sistema de cura por resinas indicado para
compostos destinados a produção de artefatos que
irão trabalhar a altas temperaturas e umidade
TMTM
MBTS
Enxofre
1,5
0,5
1,7
Uso em compostos de Borrachas Butílicas;
Sistema usado em compostos para produção de
câmara de ar automotivo, e revestimento interno de
pneus sem câmara.
TMTM
MBTS
Enxofre
2
0,4
1
Uso em compostos de Borrachas Butílicas;
Sistema de cura usado em compostos para
produção de artefatos vulcanizados que devam
apresentar melhor resistência ao envelhecimento
pelo calor.
TBBS
DPG
TMTM
Bromo Butil 2030
Enxofre
1
0,2
0,5
7
1,5
Uso em compostos de Borrachas Butílicas;
Sistema de cura indicado para compostos que
durante a vulcanização não devam gerar
notrosaminas, ou em mínimos níveis.
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Estearina
P-Quinona Dioxima
Óxido de Chumbo
1
2
6
Uso em compostos de Borracha Butílica;
Cura por resina tipo Quinona Dioxima.
Neoprene W
Óxido de Zinco 99,5%
Resina SP 1045
5
5
7
Uso em compostos de Borrachas Butílicas;
Sistema de cura indicado em compostos destinados
à produção de Bladers ou peças sujeitas a contato
com vapor d’água em altas temperaturas.
Óxido de Zinco 99,5%
MBTS
TMTD
Enxofre
3
1,5
0,3
0,5
Uso em compostos de base Cloro Butil;
Sistema de cura indicado para compostos de
blendas Cloro Butil + 20 phr de Borracha Natural.
Aminox
Óxido de Zinco 99,5%
3
3
Uso em compostos de base Cloro Butil;
Sistema de cura usando anti-oxidantes como agente
de vulcanização.
Óxido de Zinco 99,5%
Óx. Magnésio Ativo
Resina SP 1045
5
0,3
4,5
Uso em compostos de base Cloro Butil;
Sistema de cura indicado em compostos destinados
à produção de Bladers para fabricação de pneus ou
para peças sujeitas a contato com vapor d’água em
altas temperaturas.
Tabela compilada e adaptada dos livros Manual for the Rubber Intustry (Bayer) e The Vanderbilt Rubber
Handbook (thirteenth edition)
Anti-degradantes para borrachas butílicas
Durante os processos de polimerização das borrachas butílicas, pequenas quantidades de aditivos
anti-degradantes, com a função de estabilizantes, são adicionados. O objetivo é o de proteger o
polímero em estoque, antes de seu emprego como matéria prima na produção de compostos.
As borrachas butílicas, por sua formação química, já apresentam ótima resistência ao calor e à
oxidação.
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Artefatos produzidos com borrachas butílicas, quando submetidos por longos períodos de tempo sob
a ação de elevadas temperaturas (aprox. 145ºC) principalmente quando a cura é base enxofre ou p-
Quinona Dioxima, tendem a sofrer perdas de propriedades mecânicas. Tal degradação das cadeias
poliméricas é mostrada por perda de elasticidade e diminuição da resistência à tração. Esta
deficiência é ainda mais pronunciada em compostos à base de grades de borracha butílica contendo
mais elevados níveis de insaturação em suas cadeias poliméricas.
Artefatos vulcanizados produzidos com grades de borracha butílica de alta insaturação, inicialmente
podem oferecer artigos vulcanizados com alta densidade de crosslink, porém, também estão sujeitos
a maiores ataques de degradação. De qualquer maneira, após o fenômeno do envelhecimento, ainda
retém bons índices de elasticidade se comparados com artefatos produzidos com borrachas butílicas
de menor insaturação.
Um outro fator importante a ser considerado, pois interfere no envelhecimento de artefatos
vulcanizados de compostos em borracha butílica, é a escolha do sistema de cura. Igualmente a
outros tipos de borrachas convencionais, sistemas de cura por enxofre geram ligações polisulfidicas
instáveis o que contribui para certos tipos de degradação, o que tende a provocar amolecimento no
artefato.
Sistemas de cura usando baixos teores de enxofre ou doadores de enxofre proporcionam
vulcanização bem mais estável e menor ataque degenerativo das propriedades técnicas dos
artefatos.
Sistemas de cura usando resinas p-Quinona Dioxima apresentam, neste aspecto, superior
estabilidade das propriedades técnicas do artefato após envelhecimento, enquanto que cura por
resinas alquil fenólicas termo reativas (SP 1045) é extremamente estável além de proporcionar ao
artefato vulcanizado ótima resistência ao calor, à oxidação e maior vida útil em operação.
Artefatos produzidos com borrachas butílicas e sujeitos a condições severas de uso e em contato
com vapor d’água, como por exemplo: bolsas de água quente, Bladers para produção de pneus,
mangotes, etc., os quais serão submetidos à temperatura de até 175ºC, não apresentam danos
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significativos nas ligações das cadeias poliméricas vulcanizadas, quando a cura é promovida à partir
de resinas tipo p-Quinona Dioxima ou, ainda melhor, as resinas tipo Alquil Fenol (SP 1045).
Resistência ao ozônio
Na borracha butílica, o crescimento de trincas devido ao ataque de degradação por ozônio é muito
pequeno, comparativamente aos outros elastômeros convencionais de altas taxas de insaturação.
Muito embora a borracha butílica ofereça elevada resistência ao ozônio, em determinadas aplicações
(ex: artigos expostos a intempéries) algumas trincas poderão ocorrer, sendo recomendado, em casos
dessas magnitudes, escolher grades de borracha butílica de baixíssimas taxas de insaturação das
cadeias poliméricas.
Vale informar que aditivos de formulação que tendem a aumentar a resiliência (por exemplo:
plastificantes hidrocarbônicos) também tendem a diminuir a resistência ao ozônio dos artefatos
vulcanizados.
Compostos em borracha butílica contendo NBC (dibutil – ditiocarbamato de níquel) oferecem
superior resistência à degradação, além dos compostos contendo entre 20 a 35 phr de EPDM, que
também proporcionam ótimas propriedades de resistência ao ozônio.
Artefatos em borracha butílica contendo ou não cargas, bem como estando ou não vulcanizados,
degradam-se rapidamente quando expostos à luz solar e na presença de ar, porém artefatos de cores
pretas, por conter negro de fumo, tendem a oferecer resultados mais apreciáveis, pois o negro de
fumo funciona como um excelente aditivo para absorver raios UV.
Artefatos de cores claras são fortemente agredidos quando funcionam em ambientes sob
intempéries.
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Pesquisas observaram que o fenômeno da degradação em artefatos de cores claras, vulcanizados e
submetidos ao intemperismo são sempre catalisados através da luz solar ocasionando a deterioração
da superfície exposta tendo como resultado certo efeito adesivo, bem como, aparecimento de
trincas, descoloração, enrijecimento, modificação do aspecto superficial que lembram muito a pele
de elefante, etc.
A adição ao composto de ingredientes com função de absorvedores de irradiação UV, como por
exemplo o Dióxido de Titânio, cargas fosqueantes ou ainda aditivos químicos específicos, tendem a
proporcionar ótimos resultados.
Resistência à água e ao vapor d’água
Uma larga gama de testes desenvolvidos usando água em diversas temperaturas não apresentaram
influências degradantes significativas em artefatos vulcanizados fabricados à base de compostos
elastoméricos butílicos.
De qualquer maneira, compostos produzidos com polímeros hidrocarbônicos sempre tendem a
absorver pequena quantidade de água, isto devido à solubilidade em água de alguns ingredientes de
formulação ou mesmo de certas impurezas que se mostram insolúveis nos polímeros.
Como já comentado anteriormente, uma das principais características das borrachas butílicas é sua
capacidade impermeável, assim, a absorção de água desta é infinitamente pequena. Porém, se o
artefato vulcanizado em borracha butílica operar em elevadas temperaturas e com vapor d’água por
longos períodos, a absorção poderá ser ligeiramente maior (ex: em Bladers ou mangueiras para
condução de vapor). Para aplicações nestas condições, é melhor que os artefatos sejam produzidos à
base de borrachas butílicas halogenadas e curadas por meio de resinas reativas.
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Resistência a produtos químicos, óleos e solventes
O parâmetro de solubilidade da borracha butílica situa-se entre 7,8 a 8,0, e dentre os solventes de
base hidrocarbonetos, o Metil Ciclohexano é o que apresenta maior poder de dissolução desta
família de borrachas.
Artefatos em borracha butílica vulcanizados não são indicados para aplicações em contato com
óleos, solventes ou qualquer outro derivado de petróleo. De qualquer maneira, tais artefatos são
altamente resistentes a solventes polares como: Metanol, Etanol, Cetonas, etc.; também a ésteres e
ácidos carboxílicos de baixo peso molecular e boa resistência a óleos animais e vegetais.
A tabela 3 informa o efeito de inchamento em ensaios de imersão, conforme norma ASTM, de
artefatos vulcanizados produzidos a partir de compostos em borracha butílica submetidos a diversos
fluidos e produtos químicos comumente usados em processos industriais e outras finalidades.
Tabela 3 – Resistência Química de Compostos com Borracha Butilica
Produto Químico
%
Inchamto.
Produto Químico
%
Inchamto.
Ácido Acético Glacial à 6 % 0 Ácido Sulfúrico à 10 % 0
Acetona 1,5 Ciclohexanona 20
Amônia à 30 % 0 Dioxano 10
Amil Alcool 3 Acetato de Etila 15
Anilina 0 Nitrobenzeno 10
Butil Carbitol – Dietileno Glicol Mono
Butil Éter
1,5 Benzeno 120
Óleo Vegetal 0 Disulfeto de Carbono 190
Solvente - Celosolve 0 Tetracloreto de Carbono 250
Dibutil Ftalato “DBP” 1,5 Clorobenzeno 180
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Tabela compilada e adaptada do Livro Manual for the Rubber Industry (Bayer), p. 232 a 234.
Principais aplicações de artefatos produzidos com borracha butílica
e borrachas butílicas halogenadas
Câmara de ar para pneumáticos, devido à alta impermeabilidade a gases e resistência ao
calor;
Bladers para vulcanização de pneus, devido sua ótima resistência ao calor a ao vapor d’água;
Tampas para frascos de produtos farmacêuticos devido à resistência química e à
impermeabilidade;
Coxins e almofadas isolantes a choques e vibrações devido às boas propriedades de
amortecimento e resposta elástica retardada;
Revestimento de fios e cabos elétricos, devido sua boa resistência à umidade, calor e ao
ozônio;
Revestimento interno de tanques para produtos químicos, devido à boa resistência química,
ao intemperismo e ozônio;
Etanol 0 Cloroformio 220
Etileno Diamina 1,5 Ciclohexano 270
Formoldeido 0 Dicloroetano 30
Glicerina 0 Dietil Éter 80
Ácido Hidroclorídrico à 37 % 0 Heptano 170
Peróxido de Hidrogênio à 5 % 0 Hexano 160
Ácido Nítrico a 10 % 0 Isooctano 160
Nitropropano 0 Xileno 210
Óleo de Oliva 3 Ácido Nítrico Concentrado Dissolve
Fenol (5 % água) 1,5 Ácido Sulfúrico Concentrado Dissolve
Ácido Fosfórico à 85 % 0 Dicromato de Potácio à 5 % 0
Hidróxido de Sódio à 20 % 0 Trisulfato de Sódio à 95 % 0
Hipoclorito de Sódio em 6 % de água 0
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Mangueiras e mangotes, devido sua boa resistência química, ao calor, vapores e
impermeabilidade;
Correias transportadoras devido à resistência ao calor, química, ozônio, umidade e
propriedades mecânicas;
Revestimento interno de pneus sem câmara, devido à impermeabilidade a gases, boa adesão
e compatibilização com outros compostos (ênfase para as borrachas butílicas halogenadas).
Cargas e plastificantes para borrachas butílicas e butílicas
halogenadas
As borrachas butílicas e butílicas halogenadas possuem altas propriedades mecânicas mesmo no
estado “goma-pura”, podendo atingir valores acima de 20 Mpa de resistência à tração.
A adição de negro de fumo dos tipos N-330, N-550, N-660 e N-762 são os mais empregados em
compostos com esta família da borracha. Também a Sílica Precipitada pode ser usada como carga de
reforço.
O emprego destes tipos de carga tende a incrementar ainda mais as boas propriedades técnicas dos
compostos.
Cargas inertes como Caulins Calcinados, Carbonato de Cálcio Precipitado, Silicato de Magnésio,
Sulfato de Bário Precipitado, Dióxido de Titânio, etc., podem ser usadas com a função de redução de
custo e facilitar a processabilidade.
O Plastificante Parafínico (em teores de até 30 phr) é o mais indicado para uso em compostos com
borrachas Butílicas, pois oferece melhor compatibilidade, superior resistência à extração e a elevadas
temperaturas.
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Processamento dos compostos em borrachas butílicas
Basicamente o processamento de mistura da Borracha Butílica se diferencia do processamento das
borrachas Natural e SBR pelos seguintes aspectos:
A Borracha Butílica exige menor esforço e tempo de mastigação no início do processamento
de mistura;
Deve ser evitado todo tipo de contaminação da Borracha Butílica por qualquer resíduo de
borrachas de alta insaturação, para prevenir de problemas na vulcanização. Os
equipamentos de mistura que serão usados para processar os compostos em Borracha
Butílica deverão estar perfeitamente limpos e livre de resíduos provenientes de compostos
anteriormente processados, principalmente os compostos de base polímeros altamente
insaturados (as Borrachas Butílicas Halogenadas são mais tolerantes a estes tipos de
contaminantes);
Devido à alta impermeabilidade a gases oferecida pelas Borrachas Butílicas, cuidados
especiais deverão ser observados no processamento de moldagem dos artefatos, para
prevenir a formação de bolhas e aprisionamento dos gases;
O processamento de mistura de compostos à base de Bromo Butil deve ocorrer em baixas
temperaturas para diminuir o efeito da adesão do composto nos rotores do Banbury ou nos
rolos do misturador aberto. A adição de óxido de zinco deverá ser no final do ciclo de
mistura, juntamente com os aceleradores;
Processamento de mistura em Banbury (método convencional)
A mistura do composto com Borracha Butílica em Banbury exige pequeno tempo para mastigação e
as cargas de reforço poderão ser adicionadas logo em seguida da alimentação do Banbury com o
polímero. Logo após, baixar o pilão e proceder a incorporação/dispersão durante aproximadamente
6 minutos. É importante observar o fator de enchimento da câmara do Banbury em 80 a 85% em
volume.
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O enxofre poderá ser adicionado logo em seguida, isso garante uma boa dispersão deste ingrediente
no composto (cuidar somente para que a temperatura do composto se mantenha inferior a 100°C ),
durante todo processamento de mistura.
Ceras, antioxidantes, óxido de zinco, tackificantes, auxiliares de processamento, etc., poderão ser
adicionados na última fase do processamento, ainda no Banbury.
A adição dos aceleradores deverá ser em misturador aberto, depois de o composto ter descansado
por um período mínimo de 24 horas.
Processamento de mistura em banbury (método upside down)
O processamento de mistura pelo método Upside Down é recomendado somente quando as
quantidades de cargas e plastificantes no composto forem elevados. Neste método de
processamento, alimenta-se o Banbury com todos os ingredientes secos (pó) mais metade dos
plastificantes; efetua-se uma pré mistura, em seguida adiciona-se todo polímero, avança-se o pilão e
processa-se a mistura por aproximadamente 6 minutos. O restante do plastificante é adicionado no
último minuto, antes de descarregar a massada.
Agentes de vulcanização e aceleradores são adicionados e incorporados em misturador aberto, após
a massada ter descansado por mínimo 24 horas.
Processamento de mistura em misturador aberto
O polímero de Borracha Butílica poderá apresentar certa dificuldade de início de mastigação devido
ao nervo típico deste tipo de borracha o que tende a dificultar a formação da banda sobre o rolo do
misturador aberto, porém, depois que a temperatura eleva-se ligeiramente, o problema é
minimizado. A adição de pequena quantidade de carga logo no início da mastigação torna o
composto mais maleável, facilitando assim o início do ciclo de mistura.
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Para Borracha Butílica de baixa viscosidade Mooney é recomendável trabalhar com os rolos do
misturador em baixas temperaturas (entre 30 a 40°C). Borrachas Butílicas de viscosidade Mooney
mais elevada, a temperatura dos rolos poderá ser ajustada entre 70 a 80°C, porque neste caso,
diferentemente das borrachas Natural ou SBR, a Butil tende a aderir nos rolos, se estes estiverem
frios.
Após a mastigação do polímero e a formação da banda sobre o rolo do misturador, as cargas
poderão ser adicionadas simultaneamente com os demais ingredientes de composição, com exceção
dos agentes de vulcanização e dos aceleradores que deverão ser adicionados depois que o composto
tenha sido resfriado e descansado por mínimo de 24 horas.
Uma observação: caso persista o efeito de adesão do composto em processamento nos rolos do
misturador, a adição de aproximadamente 5 phr de estearato de alumínio, ou de 1 phr de estearato
de zinco, ou ainda uma pequena quantidade de ácido oléico, poderá auxiliar na solução do problema.
FORMULAÇÕES
A tabela 4 apresenta algumas sugestões de formulação como ponto de partida no desenvolvimento
de novos compostos. Também pode ser visto a seguir, algumas propriedades principais de cada
formulação:
Tabela 4 - Formulações de Referencias Como Orientação
Matérias Primas
Alt
1
phr
Alt
2
phr
Alt
3
phr
Alt
4
phr
Alt
5
phr
Alt
6
phr
Alt
7
phr
Alt
8
phr
Alt
9
phr
Alt
10
phr
Polysar Butil 301 100 0 0 80 95 92 0 0 0 0
Polysar Bromobutil X2 0 100 50 0 0 0 100 100 100 25
Neoprene W 0 0 0 0 5 8 0 0 0 0
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Borracha Natural SMR 30 0 0 50 0 0 0 0 0 0 75
EPDM Nordel IP 4520 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0
Estearina Dupla 1 1 2 1 1,5 1 0 1 1 2
Óxido de Zinco 99,5% 5 3 4 3 5 5 3 3 3 4
Óxido de Magnésio Ativo 0 0,4 0,3 0 0 0 0 0,5 0,5 0
Aminox 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1
Cera de Polietileno AC 617 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0
Óxido de Ferro Vermelho 0 0 0 0 0 0 0,5 0 0 0
Carbonato de Cálcio Precipitado 0 0 12,5 0 0 0 100 0 0 12
Caulim Calcinado SAC 200 Z 0 0 0 0 0 75 0 0 0 0
Caulim Mole ( Comum ) 0 0 0 0 0 40 0 0 0 0
Negro de Fumo N - 990 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0
Negro de Fumo N – 762 0 0 67,5 0 0 35 0 0 0 80
Negro de Fumo N - 660 70 67,5 0 80 0 0 0 75 50 0
Negro de Fumo N - 330 0 0 0 0 50 0 0 0 0 0
Plastificante Parafínico 27,5 22,5 0 30 0 0 0 15 10 0
Plastificante Naftênico 0 0 17,5 0 0 0 0 0 0 25
Plastificante Aromático 0 0 0 0 7,5 0 0 0 0 0
Parafina Comum 0 0 0 0 0 2 2 3 3 0
AT Peg 4000 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0
Enxofre 1,5 0 0 2 0 2 0 0 0 1,65
MBTS 0 0,75 1,1 0 0 0 0 1 1 0,75
MBT 0,5 0 0 0,5 0 1 0 0 0 0
Resina SP 1045 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0
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TABELA 5 - PROPRIEDADES TÉCNICAS DO COMPOSTO VULCANIZADO (FORMULAÇÕES DE REFERENCIA DA
TABELA 4)
Formulação Aplicação de Uso Condições de Vulcanização
Alt 1 Câmaras de ar automotivas 10 min - 171°C
Alt 2 Câmaras de ar automotivas 8 min - 165°C
Alt 3 Câmaras de ar para tratores 10 min - 165°C
Alt 4 Artefatos com resistência ao calor 20 min - 165°C
Alt 5 Bladers de vulcanização interna para pneus 60min - 165°C
Alt 6 Mangueiras extrusadas 10 min - 165°C
Alt 7 Tampa para frascos farmacêuticos 4min - 180°C
Alt 8 Gaxetas para vedação 10 min - 165°C
Alt 9 Artefatos técnicos de uso geral 15 min - 165°C
Alt 10 Batente amortecedor de choque 7min - 165°C
Propriedades Originais
Alt
1
Alt
2
Alt
3
Alt
4
Alt
5
Alt
6
Alt
7
Alt
8
Alt
9
Alt
10
Dureza (Shore A) 48 47 51 56 62 74 48 57 42 59
Módulo a 100% (MPa) 1,4 1,1 1,1 2,3 1,7 2,7 1,1 1,5 0,8 2,7
Módulo a 300 % (MPa) 4,8 5,2 4,5 7,0 7,1 # 2,2 7,6 3,8 10,2
Tensão de Ruptura (MPa) 11,9 10,1 10,4 11,2 14,8 7,0 7,1 11,2 12,3 13,9
Alongamento (%) 640 560 580 530 580 400 880 430 740 410
Rasgamento (KN / m) 38 32 53 32 39 # 23 33 39 #
DPC (22h @ 100°C) (%) 56 # # # # # # # 0 #
DPC (70h @ 100°C) (%) # # 45 # # # 59 # 35 #
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Processamento de Conformação por Extrusão
Compostos em Borrachas Butílicas apresentam melhores características de processamento de
conformação por extrusão se a extrusora estiver equipada com eficiente sistema de vácuo, e a rosca
deverá apresentar profundidade de filete variável, sendo mais profundo na zona de alimentação,
diminuindo no sentido da matriz, de maneira a permitir pequena pressão durante a extrusão.
Bons resultados de extrusão são conseguidos com ajuste de temperatura no canhão entre 90 a
110°C, rosca aproximadamente 100°C e matriz 120°C.
Para compostos de alta qualidade técnica como bladers, câmaras de ar, etc., é recomendável que
sejam filtrados antes da operação de extrusão de conformação (é recomendado o uso de telas
filtradoras de 40 mesh). Esta prática previne de impurezas e melhora ainda mais a homogeneização
do composto. Melhor filtrar o composto antes de adicionar os agentes de vulcanização e
aceleradores, assim evita-se problemas de pré-cura dos compostos.
É conveniente alimentar a extrusora com composto pré-aquecido à temperatura de
aproximadamente 70°C, para melhor uniformidade na alimentação.
Compostos em Borracha Butílica de mais alta viscosidade Mooney e com maiores teores de
carga/plastificantes, oferecem perfis extrudados de melhor aspecto visual e estabilidade
dimensional, pois menores serão os riscos de aprisionamento de ar e gases durante o processamento
de conformação do perfil.
Processamento de conformação por calandragem
Lençóis calandrados de excelente qualidade podem ser produzidos com compostos em Borracha
Butílica, usando calandras convencionais. É recomendável alimentar a calandra com o composto
aquecido à temperatura de aproximadamente 85°C para melhor processamento de laminação. Para
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prevenir o aprisionamento de ar ou a oclusão de micro bolhas no composto a ser calandrado, é
melhor que o aquecimento do composto seja efetuado em um misturador aberto com os dois rolos
girando na mesma rotação (sem relação de fricção).
Recomenda-se ainda os ajustes da velocidade periférica dos rolos da calandra entre 20 a 22 m/min e
a calibragem de temperaturas dos rolos sendo:
Rolo Superior = 95 a 110°C
Rolo Intermediário = 70 a 80°C
Rolo Inferior = 85 a 105°C
Se eventualmente alguma porosidade ocorrer, uma ligeira diminuição da temperatura do rolo
intermediário poderá solucionar.
Processamento de moldagem por transferência, compressão e
injeção
Equipamentos e moldes convencionais normalmente são empregados para os processamentos de
moldagem por transferência ou por compressão. Alimentar os moldes com blanks pré-formados
através de extrusoras o mesmo lâminas calandradas auxiliam muito na eliminação de defeitos nos
artefatos finais vulcanizados. Quando dois ou mais blanks devem ser usados para enchimento do
molde, deve ser observado que resíduos de desmoldantes ou sujidades diversas sejam perfeitamente
eliminados para prevenir de problemas nos artefatos.
A prática de desaeração ou desgaseificação é recomendada.
Artefatos técnicos em Borracha Butílica também permitem ser produzidos pelos processos de
moldagem por injeção. Este processo oferece maiores volumes de produção o que resulta em custos
mais competitivos. Problemas de aprisionamento de ar ou formação de bolhas são bastante
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minimizados por este processo. Para melhores resultados de moldagem por injeção, algumas
observações deverão ser acatadas, seja:
Compostos com largo scorch proporcionam maior segurança de processamento;
Compostos projetados considerando menor visosidade Mooney e alta fluidez oferecem ciclos
rápidos e superior acabamento superficial. Neste aspecto, a escolha de plastificantes de alto
peso molecular dosado em teores entre 5 a 10 phr funciona com um bom auxiliar de fluxo e
tende a reduzir a formação de micro bolhas;
Temperaturas de vulcanização pode ser ajustadas em faixas entre 195 a 205°C dependendo
obviamente dos sistemas de cura utilizados, e tamanho do artefato.
Tabela 6 - Coeficientes de Permeabilidade “P” (x 10
10
)
[volume de gás em cm
3
(STP)/ cm
2
de área /s/cm Hg de pressão por cm de espessura ]
Tipo de Polimero Tipo de Gás N2 O2 CO2 H2
Borracha Natural NR 9,43 23,3 153 50,3
Polibutadieno BR 6,42 19 138 41,9
Policloropreno CR 1,2 4 25,8 13,6
Butadieno – Estireno SBR 1,71 17,5 122,7 40,9
Borracha Butílica IIR 0,324 1,3 5,16 7,2
Borracha Nitrílica NBR ( 39% acrilonitríla ) 0,234 0,96 7,43 7,1
Borracha de Silicone VMQ 280 600 3250 650
Poliuretano Elastomérico 0,47 1,54 18 6,24
Tabela compilada e adaptada do livro “ Engineering with Rubber 2nd Editon, Edited by Alan N. Gent ( Sources:-
Brandrup, J., Immergut, E.H., Polymer Handbook, 2nd Ed. 1975 Wiley, New York, Van Krevelen, D.W., Hoftyzer, P.J.,Properties
of Polymers, 1976 Elsevier, Amsterdam
www.cenne.com.br Página 32
Conclusão
Conclui-se que as Borrachas Butílicas, em seus diversos grades, encontram um espaço singular de uso
em artefatos técnicos em geral. Aplicações típicas no setor automotivo, sendo este o que demanda
maior consumo, principalmente no emprego em pneumáticos. Também na utilização para artigos
industriais, naval, aeronáutico, farmacêutico, entre outros; as características técnicas da Borracha
Butílicas são indicadas. Formulações cuidadosamente elaboradas são de importância fundamental,
assim, esperamos que com este trabalho bibliográfico no qual buscamos e pesquisamos informações
seguras, possamos fornecer nossa pequena contribuição, com essa compilação de dados, aos nossos
amigos profissionais da área e aqueles que se interessam pelo assunto.
Bibliografia para consulta
- Polysar Butyl Handbook, Bayer;
- Polysar Bromobutyl Handbook , Bayer;
- K.J. Kumbhani; Specialty Applications of Butyl Rubber;
- D. C. Edwards; A High Performance Curing System For Halobutyl Elastomers;
- K. J. Kumbhani; Versatile Butyl , Changing to meet Market Nneeds;
- D. C. Edwards; Progress in Butyl and Halobutyl Vulcanization Chemistry;
- Z. J. Lobos and H. Tan; Rheological determination of Molecular Weigth and Molecular Weight
Distribution for Commercial Type Butyl Elastomers;
- T. Dolezal, K. Ritchie and D. Threadngham; Bromobutyl; A new elastomer for the Pharmaceutical
Industry;
- K. J. Kumbhani; Manufacture and Performance of Butyl Inner Tubes;
- K. J. Kumbhani; The Chemistry, Technology and Uses of Butyl Rubbers;
- M. Dattin and J. J. Dulk, Polysar Butyl in Tubes for Passenger and Heavy Duty Tyres;
- N. Harmsworth; Polysar Halobutyl Rubbers in Pharmaceutical Rubber Closures;
- A. J. M. Summer; Polysar Bromobutyl in High Temperature Performance Innerliner Compounds;
- N. Harmsworth; Polysar Bromobutyl Compoundsfor Pharmaceutical ClosureswithImproved processing
and Vulcanizate properties;
- A. Rawlinson; Polysar Butyl and Halobutyl Rubbers in Protective Clothing and Equipment;
- C. a. Moakes; An Improved Seal for Chemical Condensers based on Polysar Butyl Terpolymer;
- S. Newman; Butylkaustchuk im medizinischen Sektor;
- Manual for the Rubber Industry – Bayer – 2
nd
edition – July 1993;
- The Vanderbilt Rubber Handbook; Thirteenth Edition; 1990; Edited by Robert F. Ohn ( Pg. 92 to 122 );
- Engineering with Rubber, 2
nd
edition. By Alan N. Gent.
- Several oters papers and of case history about practical experience of technical works.

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  • 2. www.cenne.com.br Página 1 Conteúdo BORRACHA BUTÍLICA - HISTÓRICO.................................................................. 2 O Que é a borracha butílica? .......................................................................... 4 Manufatura da borracha butílica ................................................................... 4 Informações relevantes .................................................................................. 7 ESTRUTURA MOLECULAR E PROPRIEDADES - Cadeias estruturais................... 7 Insaturação da borracha butílica.................................................................... 8 Borrachas butílicas halogênadas - Cloro butil “CIIR” e Bromo butil “BIIR” .... 10 Orientação para escolha do grade de borracha butílica................................ 13 Blenda de borrachas butílicas com outros elastômeros ................................ 14 Aditivos para vulcanização das borrachas butílicas ...................................... 14 Anti-degradantes para borrachas butílicas................................................... 17 Resistência ao ozônio ................................................................................... 19 Resistência à água e ao vapor d’água .......................................................... 20 Resistência a produtos químicos, óleos e solventes....................................... 21 Principais aplicações de artefatos produzidos com borracha butílica e borrachas butílicas halogenadas .................................................................. 22 Cargas e plastificantes para borrachas butílicas e butílicas halogenadas ..... 23 Processamento dos compostos em borrachas butílicas................................. 24
  • 3. www.cenne.com.br Página 2 Processamento de mistura em Banbury (método convencional)................... 24 Processamento de mistura em banbury (método upside down).................... 25 Processamento de mistura em misturador aberto........................................ 25 FORMULAÇÕES............................................................................................. 26 Processamento de Conformação por Extrusão.............................................. 29 Processamento de conformação por calandragem ....................................... 29 Processamento de moldagem por transferência, compressão e injeção ....... 30 Conclusão..................................................................................................... 32 Bibliografia para consulta ............................................................................ 32 Sobre o autor: Especialista em borrachas e plásticos com mais de vinte anos de experiência em diversas indústrias do setor. Atua como consultor em mais de uma dezena de empresas de artefatos de borracha.
  • 4. www.cenne.com.br Página 3 BORRACHA BUTÍLICA - HISTÓRICO Dados bibliográficos informam, que em 1870, os pesquisadores Gorianov e Butlerov perceberam formações poliméricas a partir do tratamento de alguns materiais graxos com trifluoreto de boro, o que chamaram de isobutileno. Trabalho retomado em 1927 por Otto, pesquisador da I.G. Farben Company Germany Já nos idos de 1930, a própria I.G.Farben Company produziu polímeros de isobutileno apresentando alto peso molecular, que foram manufaturados inicialmente em laboratório. Este material mostrava- se com propriedades borrachosas, porém, devido sua estrutura hidrocarbônica totalmente saturada, não se conseguia a reação de vulcanização por meio do enxofre, prática comum na época, usado para borracha natural. Atualmente estes homopolímeros estão disponíveis em várias opções de peso molecular produzidos pela Badischer, Alemanha, com o nome “Oppanol” e pela Exxon Chemical Co., com o nome “Vistanex” Em 1937, os pesquisadores W. J. Spakers e R. M. Tomas da companhia Standard Oil Development Co. que mais tarde passou a denominar-se Exxon Research & Engineering Co., produziram os primeiros resultados de polímeros de isobutileno vulcanizados, incorporando pequena quantidade de uma diolefina, o isopreno, à molécula do poliisobutileno, o que permitia então a ligação entre cadeias moleculares distintas, ou seja, o crosslink. Este copolímero “butill” vulcanizado apresentava propriedades singulares, como: ótima resistência à permeabilidade de gases; uma alta histerese; excelente resistência ao calor, ozônio e ao ataque de vários produtos químicos. A descoberta deste novo material elastomérico despertou grande interesse no governo Norte Americano durante a Segunda Guerra Mundial, principalmente por causa da premente necessidade de produção de borrachas sintéticas como estratégia alternativa à borracha natural.
  • 5. www.cenne.com.br Página 4 A Exxon, sendo auxiliada pelo Office of Rubber Reserve, pertencente ao governo Americano, construiu a primeira planta produtiva de Borracha Butílica que inicialmente produzia o material para fins militares; depois, em 1956, a Exxon Chemical adquiriu do governo Americano a planta com objetivos de comercializar Borracha Butílica para os diversos fins industriais e automotivos. O Que é a borracha butílica? Borracha Butilica é um copolímero de Isobutileno; poli (metilpropeno-co-2-metil-1,3 butadieno) ou poli (isobutileno – co – isopreno), contendo pequenas quantidades de Isopreno, sendo este segundo monômero o que oferece as duplas ligações, (insaturação), onde ocorre a ponte de enxofre, ou seja, a vulcanização. Comumente compostos em Borracha Butílica são indicados na produção de artefatos vulcanizados, destacando-se peças como: - Câmaras de ar para automóveis e caminhões; - Revestimento interno de pneus sem câmaras; - Bladers e bexigas para fabricação de pneus; - Amortecedores e isoladores de vibração, choques mecânicos e pancadas; - Mantas calandradas e membranas usadas em impermeabilização de telhados, etc; - Tampas e tampões para embalagens farmacêuticas; - Peças industriais diversas. Manufatura da borracha butílica A Borracha Butílica é produzida a partir da copolimerização do Isobutilleno, na proporção entre 97% a 99,5% e do Isopreno entre 3% a 0,5%. Isto acontece em uma solução de cloreto de metila contendo ainda cloreto de alumínio dissolvido na solução, onde este atua como catalisador (a Figura 1 ilustra de forma esquemática a planta de manufatura).
  • 6. www.cenne.com.br Página 5 A reação de polimerização acontece em baixa temperatura, aproximadamente – 100°C, e de forma contínua. O calor gerado na reação exotérmica é praticamente instantâneo, e é retirado através de resfriamento pela circulação de etileno líquido dentro de serpentinas montadas no reator, pois a temperatura deve ser mantida a aproximadamente – 100°C. A Borracha Butílica é insolúvel em cloreto de metila, formando assim pequenos blocos aglomerados de partículas de borracha que em seguida são bombeados para o interior de tanques onde são lavados com água quente e vapor d’água. Os resíduos de cloreto de metila e monômeros não convertidos são vaporizados, em seguida comprimidos, purificados, secados e reutilizados no processo. Aos blocos de borracha formados, pequena quantidade de agentes anti-aglomerantes (estearato de zinco) são adicionados e ainda é colocado hidróxido de sódio para neutralizar totalmente a ação catalítica do cloreto de alumínio. Para proteger o polímero da degradação, durante o processamento de secagem são adicionado aditivos estabilizadores (antioxidantes), isto permite a preservação das propriedades do copolímero por largo tempo de estocagem. Sistemas de extrusoras separam os blocos de borracha da água de lavagem, seguindo para secagem total do polímero. Por meio de transportadores de esteira os blocos de borracha são submetidos a sistemas que promovem o devido resfriamento, em seguinda são compactados, enfardados e embalados em sacos de polietileno, estando prontos para comercialização. Para produção de Borrachas Butílicas Halogenadas, o elemento halógeno (Cloro ou Bromo) é adicionado e perfeitamente misturado, diretamente à solução, durante o processo de polimerização. O processamento segue cuidadosamente controlado sendo que somente uma pequena quantidade das duplas ligações existentes na cadeia polimérica deverá reagir com o elemento halógeno, uma vez que tal elemento é principalmente alocado em alquil posições (ou seja, aloca-se ao lado do átomo de carbono que se situa mais próximo da dupla ligação) da cadeia polimérica. Precisos controles de processo asseguram que todas as duplas ligações sejam alocadas nos átomos dos elementos halógenos alquídicos, assim, a proporção de insaturação e o conteúdo de elementos halógenos concorrem entre si, ou seja: para cada elemento halógeno, ao seu lado haverá um ponto de insaturação.
  • 7. www.cenne.com.br Página 6 Como as borrachas butílicas são produzidas pela polimerização em solução, não é necessário o uso de agentes emulsificantes. Também não são empregados modificadores estruturais, pois o peso molecular pode ser controlado através das condições de polimerização. Figura 1 - Esquema do processamento de manufatura para produção de Borracha Butílica, compilado de literaturas “POLYSAR BUTIL HANDBOOK” (published by the Technical Publications Section, Technical Development Division Limited, Canadá – Sarnia 1977)
  • 8. www.cenne.com.br Página 7 Informações relevantes A Borracha Butílica normalmente contém até 98,5% de polímero hidrocarbônico, porém pequenas quantidades de materiais não elastoméricos também estão presentes, sendo eles: “Antiaglomerantes”: Estes são normalmente uma mistura de ácido esteárico e estearato de zinco, existentes em quantidades entre 0,4 a 1%. O ácido esteárico pode reagir com o alumínio, sódio ou cálcio, dando origem aos estearatos metálicos. Vale informar que a borracha butílica, quando indicada para aplicações FDA (grade alimentícia), o ácido esteárico empregado também atende tal requisito e o estearato de zinco é subtraído. “Estabilizadores”: Devido a Borracha Butílica apresentar baixa insaturação e assim estar pouco sujeita ao ataque oxidante, mínimos teores de agentes estabilizantes são adicionados, entre 0,02 a 0,15% em peso, sobre o total de borracha. Basicamente as Difenilaminas Alkiladas, Fenil Fosfitos Alkilados, ou ainda Fenóis Alkilados são empregados dependendo do grade da Borracha Butílica. Comumente, os estabilizantes base Fosfitos ou Fenóis são empregados em copolímeros de Borracha Butilica, principalmente os grades que devam atender os requisitos FDA. “Catalisador Residual”: Como já comentado anteriormente, os resíduos do catalisador base cloreto de alumínio são neutralizados através da adição do hidróxido de sódio, que depois, pelo processo de lavagem da borracha, são removidos totalmente. ESTRUTURA MOLECULAR E PROPRIEDADES - Cadeias estruturais Como já mencionado, a Borracha Butílica é uma estrutura hidrocarbônica que consiste de 97 a 99,5% de unidades de isobutileno combinado com 3,0 a 0,5% de unidades de isopreno. Em análises realizadas por Ressonância Magnética Nuclear (NMR), foram observadas unidades de isobutileno dispostas em formação de cabeça – calda da cadeia, estando contidas em espaços intermediários, unidades de isopreno de configuração microestrutural trans - 1,4 randômica (conforme figura 2)
  • 9. www.cenne.com.br Página 8 Figura 2 A Borracha Butílica, ou seja, a copolimerização poli-isobutileno-isopreno, mostra-se como um polímero com estrutura bastante similar à do poliisobutileno, apresentando também a mesma temperatura de transição vítrea (Tg de – 72°C). Na condição de repouso (sem solicitação de tensões externas), a borracha butílica apresenta características amorfas, borrachosas e flexíveis ao longo de todo ciclo de trabalhos mecânicos, porém, a existência de grupos -CH3- distribuídos na cadeia polimérica, compatibiliza-se e une-se com grupos similares de cadeias diferentes e isso retarda a resposta elástica de maneira a reduzir a velocidade de retorno à situação inicial após a deformação devido a esforços externos. Isto evidencia a propriedade de alta histerese, o que torna esta borracha bastante adequada ao emprego como amortecedora de choques e vibrações. Ainda, os movimentos lentos de deslizamento intermolecular, dos seguimentos estruturais poliméricos da Borracha Butílica, são os principais responsáveis pela propriedade de impermeabilidade a gases como o oxigênio, nitrogênio, monóxido de carbono, etc. Insaturação da borracha butílica Os grades de Borracha Butílica comumente comercializados apresentam poucos pontos de insaturação em sua cadeia molecular, isto representa 0,5 a 3,0% (dependendo do grade) de parte da sua estrutura que contenha duplas ligações carbônicas suscetíveis a reagiram com enxofre durante a vulcanização. Somente como informação comparativa, a Borracha Natural e o Polibutadieno
  • 10. www.cenne.com.br Página 9 apresentam insaturação de 100%, o SBR é de 86% e a borracha Nitrílica (grades com 30% de ACN), tem 70%. Elastômeros de maiores níveis de insaturação estão mais sujeitos ao ataque de radicais livres oxigenados, que são oxidantes, gerando então uma complexa reação que envolve exatamente os pontos de ligações duplas, carbono – carbono, iniciando a degradação do material. A pequena taxa de insaturação da Borracha Butílica a torna mais resistente à oxidação e ao envelhecimento pelo calor, se comparado às outras famílias de borracha citadas acima, não obstante, pode-se notar também melhor resistência ao ataque de agentes químicos ácidos, alcalinos, produtos oxidantes e ozônio. Por outro lado, a baixa insaturação conduz a velocidades de cura bastante lentas e estados de cura inferiores, assim, compostos com Borracha Butílica demandam o emprego de conjunto de aceleradores mais energéticos, bem como elevadas temperaturas de vulcanização (160 a 200°C). Maiores velocidades e estados de cura, assim como superiores propriedades mecânicas, podem ser conseguidas escolhendo grades de Borracha Butílica de maior insaturação. Devido ao relativamente baixo nível de insaturação da Borracha Butílica, não se consegue bons resultados da blenda desta com outros tipos de borracha de alta insaturação, pois durante reação de vulcanização dois estágios de cura são observados, em que a borracha de alta insaturação tende a competir por maiores teores de agentes curativos, curando-se muito mais rapidamente atingindo estados de super-cura ou reversão, no momento em que a Butilica atinge sua condição de cura ideal. Observa-se então efeitos adversos no composto assemelhando-se a contaminações, delaminações, sub-cura, entre outros. Quando tornar-se tecnicamente necessário a blenda com outros polímeros de alta insaturação, a indicação de Borracha Butílica Halogenada, como Bromo Butil ou Cloro Butil, tende a eliminar os problemas acima comentados.
  • 11. www.cenne.com.br Página 10 Borrachas butílicas halogênadas - Cloro butil “CIIR” e Bromo butil “BIIR” Uma variação na estrutura polimérica da borracha butílica proporciona a inserção dos elementos químicos halógenos como o Cloro ou Bromo (como visto na fig. 3), isto permite que ocorra melhor reatividade durante a vulcanização proporcionando mais elevados estados de cura e superior estabilidade das característica técnicas do artefato vulcanizado. Ainda, as borrachas butílicas halogenadas oferecem melhor compatibilidade em blendas com outras famílias de borrachas convencionais de mais elevado índice de insaturação. O efeito da halogenação da borracha butílica não interfere na sua excelente propriedade de impermeabilidade a gases, nem tampouco demérito de sua resistência a produtos químicos ou as mais elevadas temperaturas. As borrachas butílicas halogenadas podem ser processadas e vulcanizadas igualmente aos outros tipos de borrachas convencionais, bem como blendas com NR, IR, SBR, CR e EPDM. São bastante comuns, pois a cura ocorre simultaneamente nos polímeros que compõem a blenda, oferecendo artefatos de apreciáveis qualidades. Borrachas Butílicas Halogenadas ainda são infinitamente menos suscetíveis a contaminações por outros polímeros. Artefatos produzidos com borrachas butílicas halogenadas oferecem excelentes propriedades, como: - Resistência à fadiga por flexão; - Baixa deformação permanente à compressão; - Resistência ao rasgamento; - Resistência a ácidos, álcalis e solventes oxigenados. As tabelas 1 e 1A apresentam os principais grades de Borracha Butilica e Borrachas Butílicas Halogenadas comumente comercializadas para fabricação de artefatos diversos.
  • 12. www.cenne.com.br Página 11 Figura 3 Tabela 1 - Grades de Borrachas Butílicas e Halo-Butil Comercializadas pela Lanxess Grades Propriedades Polysar Butil 100 Polysar Butil 101-3 Polysar Butil 301 Polysar Butil 402 Polysar Bromo Butil X2 Polysar Bromo Butil 2030 Polysar Cloro Butil 1255 Polysar Cloro Butil 1240 Insaturação 0,7 1,6 1,6 2,2 # # # # Teor do Elemento Halógeno # # # # 2 2 1,2 1,2 Velocidade de Cura Lenta Média Média Rápida Média Média Média Média Estabilizante n.m. n.m. n.m. n.m. n.m. n.m. n.m. n.m. Viscosidade Mooney 1 + 8 @ 125 °C ~45 ~51 ~51 ~47 ~46 ~32 ~50 ~39 Teor de Voláteis < 0,3 < 1,0 < 0,3 < 0,3 < 0,7 < 0,7 < 0,5 < 0,5 Teor de Cinzas < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,7 < 0,7 < 0,5 < 0,5 Densidade g / cm3 0,92 0,92 0,92 0,92 0,93 0,93 0,93 0,93 Aplicação “a” “b” “c” “d” “e” “f” “g” “h” Tabela compilada e adaptada, oriunda do Livro Manual for the Rubber Industrie “Bayrer”, p. 216 a 221 (n.m = não manchante) Aplicações: “a” – Fabricação de membranas e gaxetas industriais; “b” – Peças em contato com produtos alimentícios; “c” – Câmaras de ar para pneumáticos, Bladers, peças técnicas diversas; “d” – Artefatos farmacêuticos, peças para contato com alimentos, peças moldadas diversas;
  • 13. www.cenne.com.br Página 12 “e” – Revestimento interno de pneus sem câmaras, câmara de ar para pneus, peças técnicas diversas, artigos farmacêuticos, amortecedores de impacto e vibrações, boa adesão a outros elastômeros insaturados; “f” – Revestimento interno de pneus sem câmara, artigos farmacêuticos, amortecedores de choques e vibrações, processamento fácil, alta adesão a substratos; “g” – Revestimento interno de pneus sem câmara, artigos farmacêuticos, amortecedores de choque e vibrações, artigos técnicos em geral, “h” – Revestimento interno de pneus sem câmara, lateral branca de pneus, mangueiras para produtos químicos, artigos farmacêuticos e técnicos em geral, amortecedores de choque e vibrações, fácil processabilidade. Tabela 1A - Borrachas Butílicas Halogenadas comercializadas pela Exxon Grades de Borrachas Butílicas Halogenadas comercializadas pela Exxon Viscosidade Mooney ML 1 + 8 @ 125 °C Teor de Elemento Halógeno % Cloro Butil 1065 * 26 a 36 1,2 Cloro Butil 1066 33 a 43 1,2 Cloro Butil 1068 45 a 55 1,2 Bromo Butil 2211 ** (cura rápida) 27 a 37 2 Bromo Butil 2222 (maior segurança de proces.) 27 a 37 2 Bromo Butil 2233 (cura rápida) 32 a 42 2 Bromo Butil 2244 (cura rápida) 41 a 51 2 Bromo Butil 2255 (maior segurança de proces.) 41 a 51 1,9 Notas: * Cloro Butil 1065, contém aprox. 0,1 % em peso de um antioxidante não manchante. Todos os grades de Halo-butil da Exxon também têm certa quantidade de estearato de cálcio para proteger o polímero da dehidrohalogenação. ** Todos os grades de Bromo-butil da Exxon contém certa quantidade de óleo de soja epoxidado para proteger o polímero da dehidrohalogenação. Tabela compilada e adaptada, do Livro The Vanderbilt Rubber Handbook, p. 107 (thirteentth edition).
  • 14. www.cenne.com.br Página 13 Orientação para escolha do grade de borracha butílica A melhor escolha do grade de borracha butílica para certas aplicações baseia-se principalmente no compromisso que o artefato vulcanizado deverá oferecer como resposta da performance técnica em seu uso e vida útil. Como podemos observar pela tabela 1, temos à disposição grades com insaturação entre 0,7 a 1,2 %, o que influencia o estado de cura do artefato vulcanizado, isso é diretamente proporcional ao aumento da insaturação, mas a resistência ao ozônio e a temperaturas mais elevadas tendem a diminuir. A tabela 1 também apresenta os diversos grades e suas respectivas viscosidades Mooney. Igualmente aos outros tipos de borracha, sabemos que grades com viscosidade menor oferecem mais fácil processabilidade, normalmente indicado para compostos que serão moldados por injeção, transferência ou calandragem, enquanto que artefatos que serão conformados por compressão ou extrusão e que exijam superior estabilidade dimensional (isso é conseguido com compostos cujo teor de cargas e plastificantes são mais elevados), os grades de borracha butílica com viscosidade Mooney maior são os recomendados. Grades de borracha butílica halogenadas apresentam-se como os mais indicados para preparação de blendas com elastômeros comuns mais insaturados proporcionando ainda a vantagem da co- vulcanização simultaneamente. Particularmente, os diversos grades de borracha Bromo-butílica oferecem ótimos resultados no estado de cura, e ainda melhor adesão a substratos e artigos vulcanizados com excelente resistência ao calor, comparando aos outros grades de butílicas. Outro aspecto interessante apresentado por compostos produzidos com borrachas bromo-butílicas é que os teores de aditivos curativos poderão ser reduzidos, o que proporciona indicação para uso na fabricação de artigos farmacêuticos, ou ainda, em condições de aplicação onde produtos químicos agressivos tenderão a extrair aditivos da composição.
  • 15. www.cenne.com.br Página 14 Conforme comentado anteriormente, outra propriedade singular de todos os grades de borracha butílica é a alta impermeabilidade a gases e líquidos, podendo esta característica ser considerada como a mais importante desta família de borracha. A tabela 6 (pag. 22) no final deste texto mostra efeitos comparativos da permeabilidade a diversos gases entre vários tipos de borracha. Para artefatos que terão contato com produtos alimentícios, indica-se os grades de cloro-butil, pois oferecem certificação FDA. Blenda de borrachas butílicas com outros elastômeros Uma especial atenção deverá ser atribuída na escolha do grade de borracha butílica para produção de blendas como outros elastômeros, pois os grades de borrachas butílicas não halogenadas são inadequadas para a co-vulcanização simultânea, principalmente em combinação com elastômeros altamente insaturados, produzindo resultados técnicos insatisfatórios. Por outro lado, as borrachas butílicas halogenadas (principalmente a bromo-butil) apresentam superior compatibilidade nas blendas com NR, BR, SBR, EPDM, CR e outros, produzindo co- vulcanização perfeitamente regular. Uma prática comum nas empresas processadoras de compostos e produção de artefatos vulcanizados é a blenda de EPDM amorfo com bromo-butil, o que proporciona singular incremento na adesão em substratos, principalmente metálicos devidamente tratados. Aditivos para vulcanização das borrachas butílicas Devido à baixa insaturação na estrutura polimérica das borrachas butílicas, para se obter compostos que ofereçam vulcanização em tempos apreciáveis é necessário o emprego de aditivos aceleradores altamente energéticos, a combinação de TMTD + MBT pode ser usada, porém algumas vezes emprega-se ainda um ditiocarbamato (ZBDC, ZMDC ou outros) para um ajuste mais efetivo da velocidade de vulcanização. É importante lembrar que o balanço preciso entre o agente de cura (ex.:
  • 16. www.cenne.com.br Página 15 Enxofre) e os aceleradores deverá ser cuidadosamente considerado observando a devida segurança de processamento e as propriedades técnicas requeridas pelo artefato vulcanizado. Sistemas de cura baseados em Quinona-Dioxima + Óxido de Chumbo (ou Dióxido de Chumbo) ou ainda o MBTS, podem ser usados, o que oferece vulcanização rápida e eficiente estado de cura produzindo também artefatos com superior resistência ao calor e ao ozônio (compostos deste tipo normalmente são usados em revestimento isolante em fios e cabos elétricos de média e baixa voltagem). Compostos com borrachas butílicas halogenadas destinados à produção de artefatos com máxima resistência ao calor + umidade (ex. Bladers para produção de pneus) são formulados usando como agente de cura a resina SP 1045 da Schenectay. Para compostos com borrachas butílicas halogenadas, o óxido de zinco + estearina, indicado na formulação tem ação funcional como primeiros agentes de cura sempre combinando o enxofre + aceleradores. O emprego de óxido de chumbo + doadores de enxofre proporciona artefatos vulcanizados com superior resistência à deformação permanente à compressão. Uma observação cuidadosa refere-se à indicação de certos tipos de antioxidantes de base fenóis, pois estes poderão ativar o sistema da vulcanização reduzindo a segurança de processamento. Em compostos com borrachas butílicas halogenadas torna-se indispensável a adição de óxido de magnésio ativo ou estearato de cálcio com a função de neutralizar os gases ácidos gerados durante a vulcanização, originados dos elementos halógenos existentes no polímero. Estes aditivos de composição, se adicionados em teores mais elevados, poderão funcionar como retardadores de vulcanização provocando aumento do scorch, redução da densidade de crosslink e alongando o tempo de cura. A tabela 2 apresenta diversas sugestões de sistemas de vulcanização para as borrachas butílicas e borrachas butílicas halogenadas.
  • 17. www.cenne.com.br Página 16 Tabela 2 – Sugestões Para Sistema de Cura em Borrachas Butílicas e Borrachas Butílicas Halogenadas Ingredientes para vulcanização PHR Indicação de Uso Óxido de Zinco 99,5% Estearina Dupla Pressão MBTS Enxofre 3 1 1,3 0,5 Uso em composto base Bromo Butil; Sistema de cura normalmente indicado para compostos destinados na fabricação de câmaras de ar automotivas. Óxido de Zinco 99,5% Antioxidante Agerite White 3 2 Uso em composto base Bromo Butil; Sistema usando aditivos anti-degradantes como agente de cura. Óxido de Zinco 99,5% Resina SP 1045 5 3 Uso em compostos base Bromo Butil; Sistema de cura por resinas indicado para compostos destinados a produção de artefatos que irão trabalhar a altas temperaturas e umidade TMTM MBTS Enxofre 1,5 0,5 1,7 Uso em compostos de Borrachas Butílicas; Sistema usado em compostos para produção de câmara de ar automotivo, e revestimento interno de pneus sem câmara. TMTM MBTS Enxofre 2 0,4 1 Uso em compostos de Borrachas Butílicas; Sistema de cura usado em compostos para produção de artefatos vulcanizados que devam apresentar melhor resistência ao envelhecimento pelo calor. TBBS DPG TMTM Bromo Butil 2030 Enxofre 1 0,2 0,5 7 1,5 Uso em compostos de Borrachas Butílicas; Sistema de cura indicado para compostos que durante a vulcanização não devam gerar notrosaminas, ou em mínimos níveis.
  • 18. www.cenne.com.br Página 17 Estearina P-Quinona Dioxima Óxido de Chumbo 1 2 6 Uso em compostos de Borracha Butílica; Cura por resina tipo Quinona Dioxima. Neoprene W Óxido de Zinco 99,5% Resina SP 1045 5 5 7 Uso em compostos de Borrachas Butílicas; Sistema de cura indicado em compostos destinados à produção de Bladers ou peças sujeitas a contato com vapor d’água em altas temperaturas. Óxido de Zinco 99,5% MBTS TMTD Enxofre 3 1,5 0,3 0,5 Uso em compostos de base Cloro Butil; Sistema de cura indicado para compostos de blendas Cloro Butil + 20 phr de Borracha Natural. Aminox Óxido de Zinco 99,5% 3 3 Uso em compostos de base Cloro Butil; Sistema de cura usando anti-oxidantes como agente de vulcanização. Óxido de Zinco 99,5% Óx. Magnésio Ativo Resina SP 1045 5 0,3 4,5 Uso em compostos de base Cloro Butil; Sistema de cura indicado em compostos destinados à produção de Bladers para fabricação de pneus ou para peças sujeitas a contato com vapor d’água em altas temperaturas. Tabela compilada e adaptada dos livros Manual for the Rubber Intustry (Bayer) e The Vanderbilt Rubber Handbook (thirteenth edition) Anti-degradantes para borrachas butílicas Durante os processos de polimerização das borrachas butílicas, pequenas quantidades de aditivos anti-degradantes, com a função de estabilizantes, são adicionados. O objetivo é o de proteger o polímero em estoque, antes de seu emprego como matéria prima na produção de compostos. As borrachas butílicas, por sua formação química, já apresentam ótima resistência ao calor e à oxidação.
  • 19. www.cenne.com.br Página 18 Artefatos produzidos com borrachas butílicas, quando submetidos por longos períodos de tempo sob a ação de elevadas temperaturas (aprox. 145ºC) principalmente quando a cura é base enxofre ou p- Quinona Dioxima, tendem a sofrer perdas de propriedades mecânicas. Tal degradação das cadeias poliméricas é mostrada por perda de elasticidade e diminuição da resistência à tração. Esta deficiência é ainda mais pronunciada em compostos à base de grades de borracha butílica contendo mais elevados níveis de insaturação em suas cadeias poliméricas. Artefatos vulcanizados produzidos com grades de borracha butílica de alta insaturação, inicialmente podem oferecer artigos vulcanizados com alta densidade de crosslink, porém, também estão sujeitos a maiores ataques de degradação. De qualquer maneira, após o fenômeno do envelhecimento, ainda retém bons índices de elasticidade se comparados com artefatos produzidos com borrachas butílicas de menor insaturação. Um outro fator importante a ser considerado, pois interfere no envelhecimento de artefatos vulcanizados de compostos em borracha butílica, é a escolha do sistema de cura. Igualmente a outros tipos de borrachas convencionais, sistemas de cura por enxofre geram ligações polisulfidicas instáveis o que contribui para certos tipos de degradação, o que tende a provocar amolecimento no artefato. Sistemas de cura usando baixos teores de enxofre ou doadores de enxofre proporcionam vulcanização bem mais estável e menor ataque degenerativo das propriedades técnicas dos artefatos. Sistemas de cura usando resinas p-Quinona Dioxima apresentam, neste aspecto, superior estabilidade das propriedades técnicas do artefato após envelhecimento, enquanto que cura por resinas alquil fenólicas termo reativas (SP 1045) é extremamente estável além de proporcionar ao artefato vulcanizado ótima resistência ao calor, à oxidação e maior vida útil em operação. Artefatos produzidos com borrachas butílicas e sujeitos a condições severas de uso e em contato com vapor d’água, como por exemplo: bolsas de água quente, Bladers para produção de pneus, mangotes, etc., os quais serão submetidos à temperatura de até 175ºC, não apresentam danos
  • 20. www.cenne.com.br Página 19 significativos nas ligações das cadeias poliméricas vulcanizadas, quando a cura é promovida à partir de resinas tipo p-Quinona Dioxima ou, ainda melhor, as resinas tipo Alquil Fenol (SP 1045). Resistência ao ozônio Na borracha butílica, o crescimento de trincas devido ao ataque de degradação por ozônio é muito pequeno, comparativamente aos outros elastômeros convencionais de altas taxas de insaturação. Muito embora a borracha butílica ofereça elevada resistência ao ozônio, em determinadas aplicações (ex: artigos expostos a intempéries) algumas trincas poderão ocorrer, sendo recomendado, em casos dessas magnitudes, escolher grades de borracha butílica de baixíssimas taxas de insaturação das cadeias poliméricas. Vale informar que aditivos de formulação que tendem a aumentar a resiliência (por exemplo: plastificantes hidrocarbônicos) também tendem a diminuir a resistência ao ozônio dos artefatos vulcanizados. Compostos em borracha butílica contendo NBC (dibutil – ditiocarbamato de níquel) oferecem superior resistência à degradação, além dos compostos contendo entre 20 a 35 phr de EPDM, que também proporcionam ótimas propriedades de resistência ao ozônio. Artefatos em borracha butílica contendo ou não cargas, bem como estando ou não vulcanizados, degradam-se rapidamente quando expostos à luz solar e na presença de ar, porém artefatos de cores pretas, por conter negro de fumo, tendem a oferecer resultados mais apreciáveis, pois o negro de fumo funciona como um excelente aditivo para absorver raios UV. Artefatos de cores claras são fortemente agredidos quando funcionam em ambientes sob intempéries.
  • 21. www.cenne.com.br Página 20 Pesquisas observaram que o fenômeno da degradação em artefatos de cores claras, vulcanizados e submetidos ao intemperismo são sempre catalisados através da luz solar ocasionando a deterioração da superfície exposta tendo como resultado certo efeito adesivo, bem como, aparecimento de trincas, descoloração, enrijecimento, modificação do aspecto superficial que lembram muito a pele de elefante, etc. A adição ao composto de ingredientes com função de absorvedores de irradiação UV, como por exemplo o Dióxido de Titânio, cargas fosqueantes ou ainda aditivos químicos específicos, tendem a proporcionar ótimos resultados. Resistência à água e ao vapor d’água Uma larga gama de testes desenvolvidos usando água em diversas temperaturas não apresentaram influências degradantes significativas em artefatos vulcanizados fabricados à base de compostos elastoméricos butílicos. De qualquer maneira, compostos produzidos com polímeros hidrocarbônicos sempre tendem a absorver pequena quantidade de água, isto devido à solubilidade em água de alguns ingredientes de formulação ou mesmo de certas impurezas que se mostram insolúveis nos polímeros. Como já comentado anteriormente, uma das principais características das borrachas butílicas é sua capacidade impermeável, assim, a absorção de água desta é infinitamente pequena. Porém, se o artefato vulcanizado em borracha butílica operar em elevadas temperaturas e com vapor d’água por longos períodos, a absorção poderá ser ligeiramente maior (ex: em Bladers ou mangueiras para condução de vapor). Para aplicações nestas condições, é melhor que os artefatos sejam produzidos à base de borrachas butílicas halogenadas e curadas por meio de resinas reativas.
  • 22. www.cenne.com.br Página 21 Resistência a produtos químicos, óleos e solventes O parâmetro de solubilidade da borracha butílica situa-se entre 7,8 a 8,0, e dentre os solventes de base hidrocarbonetos, o Metil Ciclohexano é o que apresenta maior poder de dissolução desta família de borrachas. Artefatos em borracha butílica vulcanizados não são indicados para aplicações em contato com óleos, solventes ou qualquer outro derivado de petróleo. De qualquer maneira, tais artefatos são altamente resistentes a solventes polares como: Metanol, Etanol, Cetonas, etc.; também a ésteres e ácidos carboxílicos de baixo peso molecular e boa resistência a óleos animais e vegetais. A tabela 3 informa o efeito de inchamento em ensaios de imersão, conforme norma ASTM, de artefatos vulcanizados produzidos a partir de compostos em borracha butílica submetidos a diversos fluidos e produtos químicos comumente usados em processos industriais e outras finalidades. Tabela 3 – Resistência Química de Compostos com Borracha Butilica Produto Químico % Inchamto. Produto Químico % Inchamto. Ácido Acético Glacial à 6 % 0 Ácido Sulfúrico à 10 % 0 Acetona 1,5 Ciclohexanona 20 Amônia à 30 % 0 Dioxano 10 Amil Alcool 3 Acetato de Etila 15 Anilina 0 Nitrobenzeno 10 Butil Carbitol – Dietileno Glicol Mono Butil Éter 1,5 Benzeno 120 Óleo Vegetal 0 Disulfeto de Carbono 190 Solvente - Celosolve 0 Tetracloreto de Carbono 250 Dibutil Ftalato “DBP” 1,5 Clorobenzeno 180
  • 23. www.cenne.com.br Página 22 Tabela compilada e adaptada do Livro Manual for the Rubber Industry (Bayer), p. 232 a 234. Principais aplicações de artefatos produzidos com borracha butílica e borrachas butílicas halogenadas Câmara de ar para pneumáticos, devido à alta impermeabilidade a gases e resistência ao calor; Bladers para vulcanização de pneus, devido sua ótima resistência ao calor a ao vapor d’água; Tampas para frascos de produtos farmacêuticos devido à resistência química e à impermeabilidade; Coxins e almofadas isolantes a choques e vibrações devido às boas propriedades de amortecimento e resposta elástica retardada; Revestimento de fios e cabos elétricos, devido sua boa resistência à umidade, calor e ao ozônio; Revestimento interno de tanques para produtos químicos, devido à boa resistência química, ao intemperismo e ozônio; Etanol 0 Cloroformio 220 Etileno Diamina 1,5 Ciclohexano 270 Formoldeido 0 Dicloroetano 30 Glicerina 0 Dietil Éter 80 Ácido Hidroclorídrico à 37 % 0 Heptano 170 Peróxido de Hidrogênio à 5 % 0 Hexano 160 Ácido Nítrico a 10 % 0 Isooctano 160 Nitropropano 0 Xileno 210 Óleo de Oliva 3 Ácido Nítrico Concentrado Dissolve Fenol (5 % água) 1,5 Ácido Sulfúrico Concentrado Dissolve Ácido Fosfórico à 85 % 0 Dicromato de Potácio à 5 % 0 Hidróxido de Sódio à 20 % 0 Trisulfato de Sódio à 95 % 0 Hipoclorito de Sódio em 6 % de água 0
  • 24. www.cenne.com.br Página 23 Mangueiras e mangotes, devido sua boa resistência química, ao calor, vapores e impermeabilidade; Correias transportadoras devido à resistência ao calor, química, ozônio, umidade e propriedades mecânicas; Revestimento interno de pneus sem câmara, devido à impermeabilidade a gases, boa adesão e compatibilização com outros compostos (ênfase para as borrachas butílicas halogenadas). Cargas e plastificantes para borrachas butílicas e butílicas halogenadas As borrachas butílicas e butílicas halogenadas possuem altas propriedades mecânicas mesmo no estado “goma-pura”, podendo atingir valores acima de 20 Mpa de resistência à tração. A adição de negro de fumo dos tipos N-330, N-550, N-660 e N-762 são os mais empregados em compostos com esta família da borracha. Também a Sílica Precipitada pode ser usada como carga de reforço. O emprego destes tipos de carga tende a incrementar ainda mais as boas propriedades técnicas dos compostos. Cargas inertes como Caulins Calcinados, Carbonato de Cálcio Precipitado, Silicato de Magnésio, Sulfato de Bário Precipitado, Dióxido de Titânio, etc., podem ser usadas com a função de redução de custo e facilitar a processabilidade. O Plastificante Parafínico (em teores de até 30 phr) é o mais indicado para uso em compostos com borrachas Butílicas, pois oferece melhor compatibilidade, superior resistência à extração e a elevadas temperaturas.
  • 25. www.cenne.com.br Página 24 Processamento dos compostos em borrachas butílicas Basicamente o processamento de mistura da Borracha Butílica se diferencia do processamento das borrachas Natural e SBR pelos seguintes aspectos: A Borracha Butílica exige menor esforço e tempo de mastigação no início do processamento de mistura; Deve ser evitado todo tipo de contaminação da Borracha Butílica por qualquer resíduo de borrachas de alta insaturação, para prevenir de problemas na vulcanização. Os equipamentos de mistura que serão usados para processar os compostos em Borracha Butílica deverão estar perfeitamente limpos e livre de resíduos provenientes de compostos anteriormente processados, principalmente os compostos de base polímeros altamente insaturados (as Borrachas Butílicas Halogenadas são mais tolerantes a estes tipos de contaminantes); Devido à alta impermeabilidade a gases oferecida pelas Borrachas Butílicas, cuidados especiais deverão ser observados no processamento de moldagem dos artefatos, para prevenir a formação de bolhas e aprisionamento dos gases; O processamento de mistura de compostos à base de Bromo Butil deve ocorrer em baixas temperaturas para diminuir o efeito da adesão do composto nos rotores do Banbury ou nos rolos do misturador aberto. A adição de óxido de zinco deverá ser no final do ciclo de mistura, juntamente com os aceleradores; Processamento de mistura em Banbury (método convencional) A mistura do composto com Borracha Butílica em Banbury exige pequeno tempo para mastigação e as cargas de reforço poderão ser adicionadas logo em seguida da alimentação do Banbury com o polímero. Logo após, baixar o pilão e proceder a incorporação/dispersão durante aproximadamente 6 minutos. É importante observar o fator de enchimento da câmara do Banbury em 80 a 85% em volume.
  • 26. www.cenne.com.br Página 25 O enxofre poderá ser adicionado logo em seguida, isso garante uma boa dispersão deste ingrediente no composto (cuidar somente para que a temperatura do composto se mantenha inferior a 100°C ), durante todo processamento de mistura. Ceras, antioxidantes, óxido de zinco, tackificantes, auxiliares de processamento, etc., poderão ser adicionados na última fase do processamento, ainda no Banbury. A adição dos aceleradores deverá ser em misturador aberto, depois de o composto ter descansado por um período mínimo de 24 horas. Processamento de mistura em banbury (método upside down) O processamento de mistura pelo método Upside Down é recomendado somente quando as quantidades de cargas e plastificantes no composto forem elevados. Neste método de processamento, alimenta-se o Banbury com todos os ingredientes secos (pó) mais metade dos plastificantes; efetua-se uma pré mistura, em seguida adiciona-se todo polímero, avança-se o pilão e processa-se a mistura por aproximadamente 6 minutos. O restante do plastificante é adicionado no último minuto, antes de descarregar a massada. Agentes de vulcanização e aceleradores são adicionados e incorporados em misturador aberto, após a massada ter descansado por mínimo 24 horas. Processamento de mistura em misturador aberto O polímero de Borracha Butílica poderá apresentar certa dificuldade de início de mastigação devido ao nervo típico deste tipo de borracha o que tende a dificultar a formação da banda sobre o rolo do misturador aberto, porém, depois que a temperatura eleva-se ligeiramente, o problema é minimizado. A adição de pequena quantidade de carga logo no início da mastigação torna o composto mais maleável, facilitando assim o início do ciclo de mistura.
  • 27. www.cenne.com.br Página 26 Para Borracha Butílica de baixa viscosidade Mooney é recomendável trabalhar com os rolos do misturador em baixas temperaturas (entre 30 a 40°C). Borrachas Butílicas de viscosidade Mooney mais elevada, a temperatura dos rolos poderá ser ajustada entre 70 a 80°C, porque neste caso, diferentemente das borrachas Natural ou SBR, a Butil tende a aderir nos rolos, se estes estiverem frios. Após a mastigação do polímero e a formação da banda sobre o rolo do misturador, as cargas poderão ser adicionadas simultaneamente com os demais ingredientes de composição, com exceção dos agentes de vulcanização e dos aceleradores que deverão ser adicionados depois que o composto tenha sido resfriado e descansado por mínimo de 24 horas. Uma observação: caso persista o efeito de adesão do composto em processamento nos rolos do misturador, a adição de aproximadamente 5 phr de estearato de alumínio, ou de 1 phr de estearato de zinco, ou ainda uma pequena quantidade de ácido oléico, poderá auxiliar na solução do problema. FORMULAÇÕES A tabela 4 apresenta algumas sugestões de formulação como ponto de partida no desenvolvimento de novos compostos. Também pode ser visto a seguir, algumas propriedades principais de cada formulação: Tabela 4 - Formulações de Referencias Como Orientação Matérias Primas Alt 1 phr Alt 2 phr Alt 3 phr Alt 4 phr Alt 5 phr Alt 6 phr Alt 7 phr Alt 8 phr Alt 9 phr Alt 10 phr Polysar Butil 301 100 0 0 80 95 92 0 0 0 0 Polysar Bromobutil X2 0 100 50 0 0 0 100 100 100 25 Neoprene W 0 0 0 0 5 8 0 0 0 0
  • 28. www.cenne.com.br Página 27 Borracha Natural SMR 30 0 0 50 0 0 0 0 0 0 75 EPDM Nordel IP 4520 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0 Estearina Dupla 1 1 2 1 1,5 1 0 1 1 2 Óxido de Zinco 99,5% 5 3 4 3 5 5 3 3 3 4 Óxido de Magnésio Ativo 0 0,4 0,3 0 0 0 0 0,5 0,5 0 Aminox 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 Cera de Polietileno AC 617 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 Óxido de Ferro Vermelho 0 0 0 0 0 0 0,5 0 0 0 Carbonato de Cálcio Precipitado 0 0 12,5 0 0 0 100 0 0 12 Caulim Calcinado SAC 200 Z 0 0 0 0 0 75 0 0 0 0 Caulim Mole ( Comum ) 0 0 0 0 0 40 0 0 0 0 Negro de Fumo N - 990 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 Negro de Fumo N – 762 0 0 67,5 0 0 35 0 0 0 80 Negro de Fumo N - 660 70 67,5 0 80 0 0 0 75 50 0 Negro de Fumo N - 330 0 0 0 0 50 0 0 0 0 0 Plastificante Parafínico 27,5 22,5 0 30 0 0 0 15 10 0 Plastificante Naftênico 0 0 17,5 0 0 0 0 0 0 25 Plastificante Aromático 0 0 0 0 7,5 0 0 0 0 0 Parafina Comum 0 0 0 0 0 2 2 3 3 0 AT Peg 4000 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 Enxofre 1,5 0 0 2 0 2 0 0 0 1,65 MBTS 0 0,75 1,1 0 0 0 0 1 1 0,75 MBT 0,5 0 0 0,5 0 1 0 0 0 0 Resina SP 1045 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0
  • 29. www.cenne.com.br Página 28 TABELA 5 - PROPRIEDADES TÉCNICAS DO COMPOSTO VULCANIZADO (FORMULAÇÕES DE REFERENCIA DA TABELA 4) Formulação Aplicação de Uso Condições de Vulcanização Alt 1 Câmaras de ar automotivas 10 min - 171°C Alt 2 Câmaras de ar automotivas 8 min - 165°C Alt 3 Câmaras de ar para tratores 10 min - 165°C Alt 4 Artefatos com resistência ao calor 20 min - 165°C Alt 5 Bladers de vulcanização interna para pneus 60min - 165°C Alt 6 Mangueiras extrusadas 10 min - 165°C Alt 7 Tampa para frascos farmacêuticos 4min - 180°C Alt 8 Gaxetas para vedação 10 min - 165°C Alt 9 Artefatos técnicos de uso geral 15 min - 165°C Alt 10 Batente amortecedor de choque 7min - 165°C Propriedades Originais Alt 1 Alt 2 Alt 3 Alt 4 Alt 5 Alt 6 Alt 7 Alt 8 Alt 9 Alt 10 Dureza (Shore A) 48 47 51 56 62 74 48 57 42 59 Módulo a 100% (MPa) 1,4 1,1 1,1 2,3 1,7 2,7 1,1 1,5 0,8 2,7 Módulo a 300 % (MPa) 4,8 5,2 4,5 7,0 7,1 # 2,2 7,6 3,8 10,2 Tensão de Ruptura (MPa) 11,9 10,1 10,4 11,2 14,8 7,0 7,1 11,2 12,3 13,9 Alongamento (%) 640 560 580 530 580 400 880 430 740 410 Rasgamento (KN / m) 38 32 53 32 39 # 23 33 39 # DPC (22h @ 100°C) (%) 56 # # # # # # # 0 # DPC (70h @ 100°C) (%) # # 45 # # # 59 # 35 #
  • 30. www.cenne.com.br Página 29 Processamento de Conformação por Extrusão Compostos em Borrachas Butílicas apresentam melhores características de processamento de conformação por extrusão se a extrusora estiver equipada com eficiente sistema de vácuo, e a rosca deverá apresentar profundidade de filete variável, sendo mais profundo na zona de alimentação, diminuindo no sentido da matriz, de maneira a permitir pequena pressão durante a extrusão. Bons resultados de extrusão são conseguidos com ajuste de temperatura no canhão entre 90 a 110°C, rosca aproximadamente 100°C e matriz 120°C. Para compostos de alta qualidade técnica como bladers, câmaras de ar, etc., é recomendável que sejam filtrados antes da operação de extrusão de conformação (é recomendado o uso de telas filtradoras de 40 mesh). Esta prática previne de impurezas e melhora ainda mais a homogeneização do composto. Melhor filtrar o composto antes de adicionar os agentes de vulcanização e aceleradores, assim evita-se problemas de pré-cura dos compostos. É conveniente alimentar a extrusora com composto pré-aquecido à temperatura de aproximadamente 70°C, para melhor uniformidade na alimentação. Compostos em Borracha Butílica de mais alta viscosidade Mooney e com maiores teores de carga/plastificantes, oferecem perfis extrudados de melhor aspecto visual e estabilidade dimensional, pois menores serão os riscos de aprisionamento de ar e gases durante o processamento de conformação do perfil. Processamento de conformação por calandragem Lençóis calandrados de excelente qualidade podem ser produzidos com compostos em Borracha Butílica, usando calandras convencionais. É recomendável alimentar a calandra com o composto aquecido à temperatura de aproximadamente 85°C para melhor processamento de laminação. Para
  • 31. www.cenne.com.br Página 30 prevenir o aprisionamento de ar ou a oclusão de micro bolhas no composto a ser calandrado, é melhor que o aquecimento do composto seja efetuado em um misturador aberto com os dois rolos girando na mesma rotação (sem relação de fricção). Recomenda-se ainda os ajustes da velocidade periférica dos rolos da calandra entre 20 a 22 m/min e a calibragem de temperaturas dos rolos sendo: Rolo Superior = 95 a 110°C Rolo Intermediário = 70 a 80°C Rolo Inferior = 85 a 105°C Se eventualmente alguma porosidade ocorrer, uma ligeira diminuição da temperatura do rolo intermediário poderá solucionar. Processamento de moldagem por transferência, compressão e injeção Equipamentos e moldes convencionais normalmente são empregados para os processamentos de moldagem por transferência ou por compressão. Alimentar os moldes com blanks pré-formados através de extrusoras o mesmo lâminas calandradas auxiliam muito na eliminação de defeitos nos artefatos finais vulcanizados. Quando dois ou mais blanks devem ser usados para enchimento do molde, deve ser observado que resíduos de desmoldantes ou sujidades diversas sejam perfeitamente eliminados para prevenir de problemas nos artefatos. A prática de desaeração ou desgaseificação é recomendada. Artefatos técnicos em Borracha Butílica também permitem ser produzidos pelos processos de moldagem por injeção. Este processo oferece maiores volumes de produção o que resulta em custos mais competitivos. Problemas de aprisionamento de ar ou formação de bolhas são bastante
  • 32. www.cenne.com.br Página 31 minimizados por este processo. Para melhores resultados de moldagem por injeção, algumas observações deverão ser acatadas, seja: Compostos com largo scorch proporcionam maior segurança de processamento; Compostos projetados considerando menor visosidade Mooney e alta fluidez oferecem ciclos rápidos e superior acabamento superficial. Neste aspecto, a escolha de plastificantes de alto peso molecular dosado em teores entre 5 a 10 phr funciona com um bom auxiliar de fluxo e tende a reduzir a formação de micro bolhas; Temperaturas de vulcanização pode ser ajustadas em faixas entre 195 a 205°C dependendo obviamente dos sistemas de cura utilizados, e tamanho do artefato. Tabela 6 - Coeficientes de Permeabilidade “P” (x 10 10 ) [volume de gás em cm 3 (STP)/ cm 2 de área /s/cm Hg de pressão por cm de espessura ] Tipo de Polimero Tipo de Gás N2 O2 CO2 H2 Borracha Natural NR 9,43 23,3 153 50,3 Polibutadieno BR 6,42 19 138 41,9 Policloropreno CR 1,2 4 25,8 13,6 Butadieno – Estireno SBR 1,71 17,5 122,7 40,9 Borracha Butílica IIR 0,324 1,3 5,16 7,2 Borracha Nitrílica NBR ( 39% acrilonitríla ) 0,234 0,96 7,43 7,1 Borracha de Silicone VMQ 280 600 3250 650 Poliuretano Elastomérico 0,47 1,54 18 6,24 Tabela compilada e adaptada do livro “ Engineering with Rubber 2nd Editon, Edited by Alan N. Gent ( Sources:- Brandrup, J., Immergut, E.H., Polymer Handbook, 2nd Ed. 1975 Wiley, New York, Van Krevelen, D.W., Hoftyzer, P.J.,Properties of Polymers, 1976 Elsevier, Amsterdam
  • 33. www.cenne.com.br Página 32 Conclusão Conclui-se que as Borrachas Butílicas, em seus diversos grades, encontram um espaço singular de uso em artefatos técnicos em geral. Aplicações típicas no setor automotivo, sendo este o que demanda maior consumo, principalmente no emprego em pneumáticos. Também na utilização para artigos industriais, naval, aeronáutico, farmacêutico, entre outros; as características técnicas da Borracha Butílicas são indicadas. Formulações cuidadosamente elaboradas são de importância fundamental, assim, esperamos que com este trabalho bibliográfico no qual buscamos e pesquisamos informações seguras, possamos fornecer nossa pequena contribuição, com essa compilação de dados, aos nossos amigos profissionais da área e aqueles que se interessam pelo assunto. Bibliografia para consulta - Polysar Butyl Handbook, Bayer; - Polysar Bromobutyl Handbook , Bayer; - K.J. Kumbhani; Specialty Applications of Butyl Rubber; - D. C. Edwards; A High Performance Curing System For Halobutyl Elastomers; - K. J. Kumbhani; Versatile Butyl , Changing to meet Market Nneeds; - D. C. Edwards; Progress in Butyl and Halobutyl Vulcanization Chemistry; - Z. J. Lobos and H. Tan; Rheological determination of Molecular Weigth and Molecular Weight Distribution for Commercial Type Butyl Elastomers; - T. Dolezal, K. Ritchie and D. Threadngham; Bromobutyl; A new elastomer for the Pharmaceutical Industry; - K. J. Kumbhani; Manufacture and Performance of Butyl Inner Tubes; - K. J. Kumbhani; The Chemistry, Technology and Uses of Butyl Rubbers; - M. Dattin and J. J. Dulk, Polysar Butyl in Tubes for Passenger and Heavy Duty Tyres; - N. Harmsworth; Polysar Halobutyl Rubbers in Pharmaceutical Rubber Closures; - A. J. M. Summer; Polysar Bromobutyl in High Temperature Performance Innerliner Compounds; - N. Harmsworth; Polysar Bromobutyl Compoundsfor Pharmaceutical ClosureswithImproved processing and Vulcanizate properties; - A. Rawlinson; Polysar Butyl and Halobutyl Rubbers in Protective Clothing and Equipment; - C. a. Moakes; An Improved Seal for Chemical Condensers based on Polysar Butyl Terpolymer; - S. Newman; Butylkaustchuk im medizinischen Sektor; - Manual for the Rubber Industry – Bayer – 2 nd edition – July 1993; - The Vanderbilt Rubber Handbook; Thirteenth Edition; 1990; Edited by Robert F. Ohn ( Pg. 92 to 122 ); - Engineering with Rubber, 2 nd edition. By Alan N. Gent. - Several oters papers and of case history about practical experience of technical works.