Rastreando a História dos Materiais Poliméricos, Parte 13: Como o Nylon e os Poliésteres Reescreveram a Inovação Têxtil

A mesma onda de inovação que deu origem ao nylon também impulsionou a criação de poliésteres sintéticos. Na década de 1930, Julian Hill, membro-chave da equipe de Wallace Carothers na DuPont, sintetizou pela primeira vez fibras de poliéster — muito antes do próprio nylon. No entanto, quando as propriedades excepcionais do nylon surgiram, a pesquisa em poliéster foi colocada em espera. As histórias entrelaçadas do nylon e do poliéster podem ser melhor compreendidas através de um olhar mais atento à sua química.

Tanto os nylons de primeira geração quanto os primeiros poliésteres pertencem à família dos polímeros de condensação. Carothers começou a explorar essas reações já em 1926, ainda na academia. Com os recursos dos laboratórios da DuPont à sua disposição, ele rapidamente traduziu a teoria em prática. Polímeros de condensação se formam quando duas moléculas — cada uma com grupos funcionais reativos em ambas as extremidades — reagem liberando uma pequena molécula (geralmente água) e crescem em ambas as direções, produzindo uma longa cadeia.

Ésteres surgem quando um álcool reage com um ácido carboxílico, como mostrado na Figura 1, onde o álcool etílico e o ácido acético formam acetato de etila. A ligação dupla carbono-oxigênio (carbonila) define o grupo funcional éster. Amidas formam-se de forma semelhante, mas uma amina substitui o álcool. Na Figura 2, o ácido propanoico reage com ureia para produzir propanamida.

Em sínteses típicas de ésteres e amidas, apenas uma extremidade reativa participa, encerrando a reação. Carothers descobriu que, quando ambas as extremidades de uma molécula possuem grupos reativos, o processo pode continuar, gerando uma macromolécula de cadeia longa — um polímero. A Figura 3 ilustra esse princípio aplicado ao nylon 66.

A ligação amida — composta por um grupo carbonila (C=O) e uma ligação N–H — cria um dipolo que facilita fortes ligações de hidrogênio intermoleculares. O oxigênio carrega carga parcial negativa, enquanto o hidrogênio ligado ao nitrogênio carrega carga parcial positiva. Quando cadeias poliméricas adjacentes se alinham, esses dipolos se atraem, conferindo ao nylon sua alta resistência à tração e ponto de fusão de 260 °C (500 °F). Essa rede de ligações de hidrogênio é a base do desempenho mecânico superior do nylon.

Em contraste, as ligações éster carecem do componente N–H, portanto não podem formar as mesmas ligações de hidrogênio robustas. Como resultado, poliésteres alifáticos exibem pontos de fusão mais baixos — tipicamente em torno de 80 °C (176 °F) para um polímero com peso molecular comparável ao nylon 66 — e são mais propensos à hidrólise. Essas propriedades não atendiam aos objetivos da DuPont para fibras de alto desempenho, levando a empresa a concentrar-se inteiramente no nylon.

Três anos depois, os químicos britânicos John Rex Whinfield e James Tennant Dickson revisitaram os dados da DuPont e identificaram uma maneira de melhorar as propriedades do poliéster incorporando anéis aromáticos. Estruturas aromáticas, como benzeno ou xileno, são planares, rígidas e melhoram significativamente o comportamento térmico e mecânico quando incorporadas à cadeia polimérica.

Em 1939, Whinfield e Dickson combinaram o ácido tereftálico aromático com glicol etileno para produzir o primeiro poliéster comercialmente viável — polietileno tereftalato (PET). Juntamente com W.K. Birtwhistle e C.G. Ritchie, eles patentearam o PET e lançaram uma fibra sob a marca Terylene, introduzida pela Imperial Chemical Industries (ICI) em 1941.

Este avanço inaugurou a era moderna das fibras de poliéster, uma história que continuaremos na próxima edição.

Sobre o Autor
Michael Sepe é consultor independente de materiais e processamento baseado em Sedona, Arizona. Com mais de 45 anos na indústria de plásticos, assessora clientes na América do Norte, Europa e Ásia sobre seleção de materiais, design para manufatura, otimização de processos, solução de problemas e análise de falhas. Contato: (928) 203‑0408 | mike@thematerialanalyst.com