História da matéria-prima do polímero - resina plástica

História das matérias-primas de polímero - resina plástica ①

Nesta série, examinaremos a história da indústria de plásticos e como chegamos ao presente. A descoberta da guta-percha, usada pelos povos indígenas do Sudeste Asiático na década de 1850, é um fato importante de que os isômeros determinam as propriedades dos polímeros e é um bom exemplo de um dos primeiros exemplos de um princípio amplamente usado nos polímeros modernos química.

De vez em quando, recebo e-mails perguntando se já ouvi falar de certos eventos históricos relacionados à indústria de plásticos. Uma das coisas que chama muita atenção é a história do inventor americano John Wesley Hyatt, que criou um material comumente referido como o primeiro plástico.

Este material foi patenteado em 1869 com o nome de Celluloid. Em particular, Hyatt é o material que mais chama a atenção e, devido à escassez de marfim no início da década de 1860, estava preocupado com o impacto que isso teria no preço das bolas de bilhar.

É verdade que ele ganhou um prêmio de 10.000 dólares.

Essa história é muito interessante por vários motivos. Em primeiro lugar, reforça a ideia profundamente arraigada na indústria de plásticos de que os materiais sintéticos feitos por gênios químicos substituíram e aprimoraram os materiais derivados de fontes naturais. Outro fator é o tamanho dessa recompensa monetária, que hoje é de quase US $ 200.000.

Como é geralmente o caso, a história real da invenção do celulóide não é apenas muito mais complexa do que isso, mas também depende muito das conquistas que a precederam. E a introdução real desse material foi possível por causa de outra invenção notável que teve um impacto muito maior na indústria de plásticos do que o próprio material.

O trabalho de confecção de sintéticos é em grande parte parte da ciência, mas normalmente se envolve com advogados, pois está em jogo no mundo dos negócios e, consequentemente, no dinheiro. Nesta série, gostaria de examinar a história da indústria de plásticos e como chegamos ao presente.

O mundo dos materiais sintéticos foi inspirado nos materiais encontrados na natureza. O material que parece ter dado o ponto de partida para tudo isso é a borracha natural, quimicamente chamada de poliisopreno, que é uma matéria-prima derivada de uma árvore específica. As estruturas químicas de dois arranjos diferentes de átomos em uma molécula de borracha natural, chamadas de isômeros, são mostradas na Figura 1 abaixo.

Exploradores europeus que viajaram para o Caribe e a Mesoamérica (América Central) nos séculos 16 e 17 descobriram uma civilização usando esse material não apenas para fazer bolas sólidas, mas também para impermeabilizar tecidos. A existência de uma bola rígida feita de um material de uma propriedade que chamamos hoje de elastômero, ou propriedade do elastômero, foi um choque para o povo nórdico, que só via bolas feitas ao soprar ar em seus bolsos de couro. Era o isômero cis que fazia todos esses produtos. O isômero trans será discutido posteriormente.

O mundo dos materiais sintéticos foi inspirado por materiais encontrados na natureza, a resina plástica.

Um explorador francês viajou ao Peru na década de 1730 para descobrir uma substância semelhante, mas em 1751 os primeiros artigos científicos sobre essa nova substância foram publicados. No entanto, mesmo neste ponto, as propriedades químicas deste material não eram bem compreendidas. Em particular, o efeito da temperatura nas propriedades das matérias-primas tem sido uma barreira para o uso comercial na Europa.

Ao contrário do clima mesoamericano, onde as flutuações de temperatura são relativamente pequenas em certas altas temperaturas, a Europa apresenta grandes mudanças de temperatura no inverno e no verão. Em baixas temperaturas no inverno, o material torna-se duro e quebradiço, enquanto as altas temperaturas no verão o tornam muito macio e pegajoso. O produto mais criativo com esse material, que surgiu no final do século 18, foi uma borracha que removia marcas de lápis do papel. É por essa característica que as borrachas são chamadas de borracha.

Em 1820, dois empresários de áreas completamente diferentes também descobriram por acaso que o poliisopreno se dissolvia na nafta e na terebintina. A borracha dissolvida pode ser transformada em algodão para fazer roupas à prova d'água. Isso funcionou bem, desde que o tempo não esquentasse muito. No entanto, à medida que a temperatura aumentou, o tecido revestido tornou-se pegajoso e deformado.

A limitação da utilização do poliisopreno devido à temperatura continuou a ser um problema dos anos 1830 aos anos 40. Nesse período, Charles Goodyear tropeçou em duas técnicas para resolver o problema de desempenho em alta temperatura, conduzindo aleatoriamente um experimento e meio, como fizeram os inventores anteriores.

Três anos depois, foi descoberto um processo de vulcanização, que é mais conhecido por melhorar as propriedades de baixa temperatura do material. A Goodyear não tinha conhecimento da química do processo de reticulação, o que melhora drasticamente o desempenho deste material.

Até mesmo o termo 'vulcanização' foi cunhado por um concorrente britânico que descobriu o método da Goodyear, solicitando uma patente no Reino Unido enquanto a Goodyear estava depositando uma patente nos Estados Unidos. Ainda foi necessário esperar várias décadas até o surgimento de uma tecnologia que modifica as propriedades das matérias-primas adicionando plastificantes e enchimentos (cargas) à borracha.

No entanto, a base da indústria de polímeros foi estabelecida. Curiosamente, os nativos americanos descobriram há centenas de anos como estabilizar as propriedades da borracha fumando látex bruto. Este era um método de fornecer os compostos de nitrato e enxofre necessários para a reticulação do material para obter praticamente o mesmo efeito, embora o controle possa ser menos sofisticado.

Os avanços feitos nesta era da resina plástica química são em grande parte devido a descobertas acidentais feitas por tentativa e erro.

Na década de 1850, em uma época em que a batalha judicial entre a Goodyear e seus rivais na Inglaterra se intensificava, um cirurgião inglês do sudeste asiático viu os indígenas da região extraírem seiva de uma das espécies de árvores nativas da região.

Eles amaciam os ingredientes colocando-os em água quente e depois os moldavam em uma variedade de objetos úteis, como cabos de ferramentas e palitos. Quimicamente, essa substância, batizada de guta-percha (guta-percha) em homenagem ao nome científico da árvore que obteve a seiva, é o isômero trans do poliisopreno.

Este é um bom exemplo dos primeiros dias de mostrar o fato importante de que os isômeros determinam as propriedades dos polímeros (um princípio amplamente usado na química moderna de polímeros). O isômero cis é amorfo e muito sensível às mudanças de temperatura. Portanto, a reticulação é necessária para torná-lo um material utilizável. O isômero trans é uma substância capaz de cristalização. Assim, embora tenha a mesma temperatura de transição vítrea à temperatura ambiente que o isômero cis, possui as propriedades de um material sólido útil a temperaturas acima da temperatura ambiente.

Gutta Perca foi outro material conhecido e utilizado pelas civilizações indígenas por centenas de anos, mas quando chegou às mãos de europeus mais orientados para o alvo, foi rapidamente adotado como material isolante para fios telegráficos subaquáticos. A este respeito, este material mostra não apenas algumas semelhanças com as borrachas isoméricas cis, mas também diferenças importantes.

A estrutura apolar dos dois materiais os torna excelentes isolantes elétricos. Porém, no caso da borracha, embora tenha uma forma reticulada, ela carece de resistência química à água salgada devido à sua estrutura amorfa única. Gutta Perca não só possui propriedades elétricas desejáveis, mas também apresenta resistência à água do mar e muitos outros produtos químicos. Esse princípio de que a presença ou ausência de cristalinidade determina a resistência química também é bem conhecido no mundo dos polímeros e tem permitido a criação de novas aplicações ainda nos primórdios da indústria de plásticos.

Também enfoca outro aspecto muito importante relacionado ao uso de novos materiais:o desenvolvimento de novas matérias-primas químicas e a invenção de métodos de processamento. Este material foi usado para revestimento de fios elétricos, o que foi possível graças a uma invenção muito importante chamada extrusora.

Na próxima edição, falaremos sobre os avanços tecnológicos em torno do celulóide e outro avanço muito importante na tecnologia de processamento do processo.

Fonte:plastickorea



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