6.8– Elastômeros, Reticulações e Temperatura de Transição Vítrea (Tg)

A importância da temperatura para o elastômero pode ser compreendida quando se resfria uma borracha a uma temperatura abaixo de Tg (transição vítrea, veja Tópico 1 deste Capítulo). Em temperaturas abaixo da temperatura de transição vítrea, o polímero é um vidro e sua fratura ocorre como a fratura frágil do vidro. O termo elastômero é utilizado, por convenção, para materiais à temperatura ambiente. Para que um polímero seja um elastômero, sua temperatura de transição vítrea Tg deve ser muito inferior à temperatura do ambiente. A temperatura é muito importante porque as cadeias, em qualquer polímero, devem ser muito flexíveis a fim de que se possa alongá-lo dezenas de vezes o seu tamanho inicial.
O terceiro critério, a reticulação (Veja Figuras 6.n.1 e 6.n.2), explica a reversibilidade do alongamento de um elastômero. Se as cadeias não fossem reticuladas, o elastômero não retornaria a sua forma e tamanho originais, depois de retirada a carga. As reticulações atuam como pontos de fixação; sem eles o polímero deformar-se-ia permanentemente. De novo, o exemplo mais comum é a borracha natural, que escoa como um líquido extremamente viscoso à temperatura ambiente, se não houver reticulações. Pequena percentagem de enxofre é adicionado à borracha (no processo chamado de vulcanização), a fim de reticular o polímero através da quebra das ligações duplas C=C e da formação de ligações C—S—C entre as cadeias. Um polímero como o polietileno, que não tenha ligações duplas a quebrar, é mais difícil de reticular-se. Todavia, pode-se obter polímeros reticulados de ligações simples, submetendo-os a radiações de alta energia; por exemplo, por irradiação proveniente de um reator nuclear. O polietileno pode ser reticulado por irradiação e, nessa forma irradiada, tem menos tendência para cristalizar-se e, ao invés de fundir, quando se aumenta a temperatura, ele passa a um estado de goma. As reticulações nos elastômeros estão geralmente separadas por umas poucas centenas de átomos de carbono. Essa característica de sua estrutura coloca os elastômeros como casos intermediários entre os dois casos-limites: o das cadeias moleculares longas independentes e o das redes tridimensionais. À medida que aumenta a quantidade de reticulações, a estrutura torna-se mais rígida, como acontece no polímero em rede.
Alguns poucos polímeros formam redes tridimensionais rígidas. Os polímeros em rede mais comuns são os materiais epóxi e o fenolformaldeído (mais conhecido por seu nome comercial, baquelita) com as reticulações formadas por meio de anéis fenólicos que são partes integrantes de cada cadeia. Estes polímeros em rede têm uma característica interessante: a sua temperatura de transição vítrea (Tg) é muito alta, de modo que eles se degradam antes de atingi-la: o material despolimeriza antes de escoar. Um terceiro exemplo de polímero em rede é a ebonita, que é o nome dado à borracha com uma alta densidade de reticulações de enxofre. Nesta forma, a borracha sulfonada não é mais um elastômero, mas um sólido rígido, porque a rede tridimensional trava qualquer movimento da estrutura. Uma utilização da ebonita é como bolas de boliche.

Figura 6.n. Polímeros são reticulados através da adição de pequena percentagem de átomos não pertencentes à sua cadeia. (6.n.1) Pequenos segmentos de polímeros fazem as reticulações; (6.n.2)átomos individuais são responsáveis pela reticulação.