I – Introdução

A geleca é um brinquedo denominado assim no Brasil, mas em outras partes do mundo recebe denominações diferentes. Ela consiste em uma massa colorida com comportamento de fluido não-newtoniano, é um fluido cuja viscosidade varia de acordo com o grau de deformação aplicado, um fluido que não tem uma viscosidade bem definida, que varia dependendo da força a que está submetido (o ketchup é um expemplo de fluido não-newtonino). Este brinquedo cuja formulação comercial é conhecido como polyvinyl alcohol slime, utiliza-se poliálcool vinílico – PVA, bórax, água, corante e um agente antifúngico para evitar que a massa embolore. O poliálcool vinílico é um polímero com a fórmula estrutural:

O bórax, também conhecido como borato de sódio ou tetraborato de sódio decaidratado, Na2B4O7. 10 H2O, estabelece um equilíbrio ao ser dissolvido em água. Formando o ânion B(OH)-4. Há, portanto, ligações cruzadas entre as cadeias do polímero. Essas ligações cruzadas estão constantemente se rompendo e se formando novamente.

Outra formulação para brinquedos do tipo geleca, denominada guar gum slime, utiliza goma guar (polissacarídio) em vez de poliálcool vinílico.

A espuma de poliuretano é uma espuma rígida, um material que tem como base o poliuretano. O poliuterano é um composto químico sintético, formado a partir de reações químicas entre dois compostos. A utilização de diferentes reagentes faz com que seja possível uma vasta gama de utilizações dos poliuteranos, de acordo com as suas características.

O poliuterano é um material extremamente versátil, mas pode ser dividido em quatro grandes categorias:

Espumas rígidas - para isolamento térmico e acústico ou para proteção de transporte de peças e equipamentos;

Espumas flexíveis - utilizadas em colchões, proteção de equipamentos, almofadas, etc.;

Elastômeros – utilizado em amortecedores, revestimentos antiderrapantes, acabamentos em produtos promocionais, etc.;

Tintas – utilizadas para pinturas em geral.

A espuma de poliuretano (inclusive a espuma de borracha) é geralmente feita com a adição de pequenas quantidades de materiais voláteis, chamados de agentes de sopro, à mistura reacional. Tais materiais podem ser substâncias químicas voláteis e simples, como a acetona ou o cloreto de metileno, ou fluorocarbonetos mais sofisticados, que conferem características importantes de desempenho, primariamente a isolação térmica.

Outra maneira de se produzir espumas é pela adição de água a um dos líquidos precursores do poliuretano. A água reage com uma porção do isocianato, dando dióxido de carbono, formando bolhas relativamente uniformes. A presença de água significa que uma pequena parcela das reações resultam em ligações uréia do tipo -NC(=O)N-, em lugar das ligações uretânicas, na qual o material resultante deveria ser tecnicamente chamado de poliuretano-co-uréia. O trabalho a seguir, mostra em detalhes a ocorrência da formação de geleca e espuma de poliuretano.

II – Objetivo

- Produzir geleca em laboratório e analisar sua reação química;

- Produzir espuma de poliuretano e compreender sua reação quíimica;

III – Materiais e Métodos

I – Geleca

Materiais:

Proveta;

20 mL de PVA;

20 mL de água;

Copo descartável 250 mL;

Espátula;

Essência;

Corantes;

Borato (Bórax);

Papel filme.

Método:

- Adicionou-se em copo descartável 20 mL de PVA e 20 mL de água;

- Agitou-se a mistura até obtenção de maior viscosidade;

- Gotejou-se 3 gotas de essencia e 3 gotas de corante;

- Adicionou-se aproximadamente 5g de Borato;

- Mamipulou-se com espátula até consistência de geleia homogênea;

- Encapou-se com papel filme.

I – Espuma de Poliurentano

Materiais:

Proveta;

20 mL de poliuretano A;

20 mL de poliuretano B;

Corante;

Copo descartável;

Espátula.

Método:

- Verteu-se em copo descartável 20 mL de poliuretano A;

- Adicionou-se ao copo, 20 mL de poliuretano B;

- Gotejou-se 3 gotas de corante;

- Agitou-se com espátula até formação de espuma rígida;

- Observou-se o processo.

IV – Resultados e Discussões

A mistura de bórax com água resulta na seguinte reação:

O ânion B(OH)-4 atua no estabelecimento de ligações cruzadas entre as cadeias do polímero.

Estas ligações são lábeis, ou seja, estão constantemente se rompendo e se formando novamente. Isso explica o comportamento da geleca. A união entre as cadeias faz com que a massa tenha comportamento elástico. Se for rapidamente esticada e solta, a tendência inicial será a de se contrair. Porém, se a massa for lentamente puxada, ela se tornará fluida e acabará permanecendo no novo formato. Isso se deve ao constante rompimento das ligações cruzadas e ao seu restabelecimento envolvendo outros grupos – OH do polímero.

Após a produção da geleca, envolveu-a em papel filme.

Observe o resultado:

A principal reação de produção de poliuretanos tem como reagentes um diisocianato, disponível nas formas alifáticas ou aromáticas, e um poliol (como o etileno glicol, 1,4 butanodiol, dietileno glicol, glicerol ou trimetiol propano) ou um poliol poliéster, na presença de catalisador e de materiais para o controle da estrutura das células (surfactantes), no caso de espumas. Um surfactante é um composto caracterizado pela capacidade de alterar as propriedades superficiais e interfaciais de um líquido. O termo interface denota o limite entre duas fases imiscíveis, enquanto o termo superfície indica que uma das fases é gasosa.

Quanto às espumas, há duas variantes principais: uma na qual a maior parte das "bolhas" da espuma (células) permanece fechada e o gás, preso nestas bolhas; e uma outra que são sistemas que têm, em sua maioria, células abertas, que resultam depois de um estágio crítico no processo de formação da espuma (se as células não se formam ou se se tornam abertas muito cedo, simplesmente não há formação de espuma). Este é um processo vital e importante: se as espumas flexíveis tiverem células fechadas, sua maciez fica severamente comprometida; tem-se a sensação de ser um material pneumático em vez de uma espuma macia; por isso, em palavras mais simples, as espumas flexíveis devem ter células abertas. Já o oposto é o caso da maioria das espumas rígidas. Aqui, a retenção do gás nas células é desejável, já que o tal gás (especialmente os fluorocarbonetos) dá à espuma sua característica principal: a alta isolação térmica. Existe ainda uma terceira variante de espuma.

Veja a seguir exemplo de reação de formação de poliuretano:

Para a produção de espuma de poliuretano fora necessário a adição estequiométrica de dois componentes, o componente A e B. O componente A é composto por isocianato mais algum outro aditivo. O componente B é composto por polióis, aditivos tensoativo, catalisadores, retardante à chama, agentes auxiliares de expansão químicos e físicos. Após a mistura homogênea dos dois componentes entre si, inicia-se a reação de polimerização formando a espuma de poliuretano. Observa-se um crescimento do material, como uma expansão.

Observe um breve esboço:

A) Poliol + Isocianato  Polímero

B) Água + Isocianato  Gás e temos

Polímero + Gás  Espuma

A reação abaixo se chama reação de polimerização que forma o uretano.

H O

| ||

R1 ‑ N= C = O + R2 - OH  R - N - C + calor

|

O - R2

Isocianato Álcool Uretano

A reação abaixo se chama reação de expansão que forma o gás.

H O H

| || |

R1 - N = C = O + H - O - H  R - N - C  R - N - H + CO2

|

OH

Isocianato Água ácido Carbâmico (instável) Amina Gás

As reações acima precisam ser balanceadas a fim de obtermos espumas com características adequadas ao uso final. E para a ocorrência utilizam-se produtos que são chamados:

Catalisadores: substâncias que possuem características de acelerar a velocidade de uma reação. Além dos isocianatos, polióis, água e lançamos mão de outros produtos químicos com finalidade específica.

Agente auxiliar de expansão: produtos que nas condições de espumação se transformam em gases auxiliando na expansão.

Tensoativo: utilizado para baixar a tensão superficial dos compostos envolvidos na reação. Este produto evita o colapso da espuma em crescimento e estabiliza o polímero. Outra função é o controle do tamanho das células. O tenso ativo promove a formação de células finas e uniformes.

Retardaste de chama: produtos utilizados para promover uma auto-extinção de chama na espuma no caso de fogo.

Observe o resultado:

V – Conclusão

Esta prática trabalhou na abordagem teórico-experimental, com enfoque investigativo, onde o mais importante foi à observação do aluno para com as reações ocorridas. Os monômeros, matéria-prima usada nesta produção, são assim chamados por representarem apenas uma (mono) parte da estrutura final, o polímero. A reação de formação do polímero é denominada polimerização. É importante lembrar que quando as cadeias de um polímero são ligadas entre si, a substância utilizada por essa ligação entre as cadeias é denominada de ligante cruzado. Notadamente observou-se a reação polimérica entre o bórax e água. Na qual o ânion B(OH)-4 estabeleceu-se nas ligações cruzadas do polímero, dando-lhe comportamento elástico, um fluído newtoniano, cuja viscosidade não é constante. Notou-se, entretanto, que ao término da produção da geleca, houve-se a necessidade de encapá-la em papel filme, isto ocorrera para que o produto não secasse, isto é, perdesse água. Na fase de formação da espuma observamos alguns parâmetros importantes que nos indicou o desempenho da formulação, como exemplo o creme que fora gerado. Observou-se a ocorrência dos gases de expansão (CO2 + agente auxiliar de expansão) que começaram a evoluir e aumentaram as bolhas de ar da mistura dando aspecto de creme na massa reativa. Outra observação fora o tempo de gel. Quando o polímero já apresenta consistência e resistência, ou seja, endurecimento do polímero, formação de uma espuma sólida. Tempo este que fora de aproximadamente 5 minutos, tendo em vista a composição de catalisadores na fórmulas de poliuretano B. Isto ocorrera estequiométricamente.

VI – Referências

br.answers.yahoo.com/question/index?qid

http://br.groups.yahoo.com/group/ciencialist/message/39532

http://pt.wikipedia.org/wiki/B%C3%Borax

http://pt.wikipedia.org/wiki/PVA

6

Comentários