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A resina epóxi (também chamada de poliepóxido ou resina epoxídica) é um polímero termofixo que endurece quando é misturada com um agente catalisador, cuja produção geralmente é realizada pela reação entre epicloridrina e bisfenol A.
Entendendo a produção da Resina Epóxi
Primeiramente, vamos entender o que são os Epóxis (componentes básicos da resina epóxi) que são poliéteres constituídos a partir de monômeros nos quais o grupo éter toma a forma de um anel de três compostos que é conhecido como anel epóxido, sendo esse anel, que faz parte da epicloridrina, bastante reativo e muito importante na produção da resina epóxi.
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| Estrutura do anel epóxido |
Existem diversas variações da resina epóxi, as resinas epóxi de alto desempenho podem ser preparadas com a reação de um composto contendo hidrogênio ativo polifuncional, tal como uma amina aromática ou um fenol, com epicloridrina na presença de uma base forte como catalisador, podendo ser essa base hidróxido de sódio (NaOH) ou hidróxido de potássio (KOH).
Nessa reação, o anel epóxi da epicloridrina reage prontamente com o hidrogênio ativo para formar cloridrinas e o novo grupo epóxi é formado pela desidrocloração com uma quantidade estequiométrica do álcali da reação.
Acima vemos a forma mais comum de se produzir a resina epóxi que é a partir da epicloridrina (cloreto de 2,3-epoxipropil) e do bisfenol A, que são dois monômeros que formam primeiro um pré-polímero de epóxi que retém dois anéis epóxidos terminais.
Na estrutura acima, “n” varia de cerca de 2 a 25 unidades de repetição; tais pré-polímeros de baixo peso molecular como estes são chamados oligômeros. Dependendo do comprimento médio da cadeia, os pré-polímeros variam de líquidos densos a sólidos.
Em alguns processos, fenóis monofuncionais são utilizados para se produzir uma “resina epóxi diferenciada”, e os compostos hidroxílicos multifuncionais são necessários para a produção dessa resina epóxi.
Processo de cura da Resina Epóxi
Em uma reação epóxi, os pré-polímeros são polimerizados através da abertura dos anéis de epóxido terminais por aminas ou anidridos em um processo de cura. Nesse processo ocorre a produção de polímeros complexos termoendurecíveis, nos quais as unidades de repetição são ligadas por grupos lineares de éter.
A cura é um processo de varias etapas onde inicialmente ocorre uma reação entre grupos reativos epóxi e grupos reativos endurecedores para que moléculas um pouco maiores sejam formadas.
À medida que a cura prossegue, moléculas de maior comprimento são formadas, mas devemos notar que o tamanho médio das moléculas ainda é pequeno, mesmo quando metade dos grupos reativos já tenha reagido.
Quando o tamanho das moléculas aumenta à medida que a cura progride, algumas moléculas altamente ramificadas são formadas e assim, se desenvolvem. O ponto crítico é a gelificação, quando as estruturas ramificadas se estendem por toda a amostra.
Antes da gelificação, a amostra é solúvel em solventes adequados, mas após o ponto de gel, a rede de resina formada não se dissolve, mas incha à medida que absorve o solvente. No ponto de gel estão presentes moléculas pequenas e ramificadas que são solúveis, pelo que a amostra de cura contém SOL (solução coloidal de partículas sólidas muito pequenas), assim como frações de gel.
O gel inicialmente formado no processo é fraco e pode ser facilmente desfeito. Para se produzir um bom material estrutural, a cura deve continuar até que a maior parte da amostra esteja conectada à rede tridimensional, de modo que a fração de SOL se torne pequena e, para muitos produtos curados, ela tem que ser essencialmente zero.
Sendo que mais comumente é utilizado um sistema de dois componentes, no qual um componente é um polímero de baixo peso molecular com grupo terminal amina e o outro componente é um polímero terminado por “epóxido”, os dois componentes são misturados antes da aplicação na superfície, onde o polímero é permitido curar.
História da Resina Epóxi
O termo "resina epóxi" é comumente aplicado a uma ampla gama de materiais, ambos pré-polímeros (que contêm grupos epóxi reativos) e polímeros curados (que ainda são chamados de resinas epóxi embora todos os grupos reativos podem ou não reagir durante o processo de polimerização).
Historicamente, os primeiros produtos que agora são chamados de resinas epóxi foram sintetizados já em 1891, embora sua comercialização não tenha ocorrido até muito tempo após o trabalho pioneiro de dois pesquisadores independentes: Pierre Castan de De Trey Freres na Suíça, e Sylvan Greenlee nos Estados Unidos; ambos desenvolveram um dos maiores trabalhos na produção de resina epóxi.
Antes de Castan e Greenlee no começo dos anos 1920, os engenheiros de plásticos americanos J. MacIntosh e E.Y. Walford receberam patentes de plásticos diepóxido obtidos pela reação de epicloridrina com fenol ou cresol.
Nos anos de 1930, as reações foram estendidas por outros pesquisadores para incluir os dióis, como o bisfenol A. Em 1937, o químico britânico W.H. Moss reagiu glicerina dicloridrina com difenilol-propano.
Nessa época, Castan descobriu a reação de formação de resina entre o éter diglicidílico do bisfenol-A, DGEBA (formado pela reação de bisfenol-A-2,2-bis (4-hidroxifenil) propano ou 4,4- isopropilidenodifenol - e epicloridrina) e anidridos dicarboxílicos cíclicos, quando se desenvolve material para restauração dentária.
O uso dessas resinas epóxi (quando reagido com anidrido ftálico) como substitutos potenciais para Vulcanite (mineral extremamente difícil de ser encontrado) como material base de prótese dentária foi bem atrativo, devido à capacidade de primeiro passar por uma cura de adição a pressões de moldagem relativamente baixas sem a evolução de espécies de baixo peso molecular.
As patentes foram atribuídas à Ciba AG da Basileia, Suíça (atualmente conhecida como Novartis após a sua fusão da empresa com a Sandoz) em 1942 e produtos como adesivos epóxi e resinas de fundição começaram a ser comercializados nos EUA em 1946. Incidentalmente, uma resina acrílica é agora usada como um material alternativo para bases de dentadura.
Durante 1939, Greenlee produziu materiais semelhantes aos de Castan (a partir do bisfenol-A e da epicloridrina) enquanto trabalhava para DeVoe e para Companhia Raynolds (atual Companhia Química Celanese).
O objetivo de Greenlee era produzir um revestimento de superfície superior, e suas resinas (que foram posteriormente esterificadas com ácidos graxos insaturados) eram diferentes daquelas produzidas por Castan, pois o peso molecular de suas resinas era um pouco maior.
Consequentemente, os produtos resultantes ofereciam melhor aderência, dureza, inércia e resistência térmica em comparação com resinas alquídicas ou fenólicas. Após o primeiro pedido de patente em 1948, Greenlee anunciava mais de 40 patentes cobrindo resinas epóxi e suas aplicações.
Muitos tipos de fenóis foram estudados como possíveis precursores para a produção das resinas epoxídicas, mas o bisfenol-A, o precursor estudado por Castan e Greenlee, continua sendo o bisfenol mais importante atualmente, embora existam muitos outros tipos de resina disponíveis no mercado hoje.
Isto se deve em grande parte à sua facilidade de preparação a partir de materiais de partida relativamente baratos (acetona e fenol, com um catalisador ácido - ácido sulfúrico a 75% ou cloreto de hidrogênio gasoso seco) e o produto sai com uma pureza próxima a 95%, ou seja, a resina epóxi gerada é altamente pura.
Propriedades, usos industriais e outras aplicações da Resina Epóxi
As resinas epóxi são polímeros em rede altamente polares e caracteristicamente exibem excelentes propriedades adesivas. Além disso, como a reação de cura é fácil de iniciar e procede prontamente à temperatura ambiente, as resinas epóxi produzem revestimentos superficiais muito úteis.
Ela é geralmente usada como aditivo de tintas e aditivo de revestimento, sendo a sua principal aplicação o revestimento de superfície, que consome cerca de 50% de todas as resinas epóxi produzidas.
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| Foto de uma lata de tinta epóxi. (A tinta epóxi é um pouco diferente das outras tintas, pois é um impermeabilizante que possui fácil aplicação, brilho intenso e acabamento liso. Além disso, o preço dela é maior do que o das outras tintas.) |
As resinas epóxi também podem ser feitas em peças estruturais, como placas de circuito laminado, laminados e compósitos para aplicações aeroespaciais e pisos. Para essas aplicações, os epóxis mostram alta resistência quando reforçados com fibras de vidro, aramida ou carbono.
Custo da Resina Epóxi no mercado
As resinas epóxi são importantes polímeros industriais e geralmente tem um preço mais elevado do que de outras resinas, sendo apenas aplicadas quando oferecem uma boa vantagem técnica em relação às outras. Muitas de suas aplicações envolvem produtos de alto valor agregado.
Referências
- https://www.britannica.com/topic/industrial-polymers-468698/Unsaturated-polyesters#ref608761 (acessado em 21/05/2017 às 15:25)
- https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/169944#section=Computed-Properties (acessado em 21/05/2017 às 16:03)
- Chemistry and Technology of Epoxy Resins, Bryan Ellis, Springer Science & Business Media, 2012.
- Recent Developments in Epoxy Resins, I. Hamerton, iSmithers Rapra Publishing, 1996.
- Pioneers in Polymer Science, F.B. Seymour, Springer Science & Business Media, 2012.
Sobre o autor
Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean
Six Sigma. Além disso, também sou estudante de Engenharia Civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)
21 Comentários de "Resina Epóxi – História, Processo de Produção, Propriedades e Usos "
Boa noite pedro, trabalho com revestimento de piso
E gostaria de estar produzindo meus produtos vc teria como me orientar no processo de fabricacao de revestimento em epóxi ( tinta )
Olá anônimo
Infelizmente, eu nunca trabalhei com resina epóxi e a postagem foi apenas uma pequena pesquisa que eu fiz sobre o assunto. O que eu posso te aconselhar é dar uma olhada no youtube, pois lá tem alguns vídeos (em inglês) falando sobre isso. Além disso, de uma olhada nas referências da postagem, os livros que eu citei, você vai conseguir encontrar no Google books.
Dr. Pedro Coelho , boa noite. Gostaria de fabricar resina e catalizador.
Quanto me cobraria para me ensinar como montar uma pequena fábrica ?
Boa noite, Pedro, você saberia qual catalisador foi utilizado para transformar o DGEBA na resina propriamente dita?
Boa Tarde Pessoal
Respondendo as perguntas de vocês, primeiramente eu não sou um especialista em resina epóxi, o artigo é apenas uma pequena pesquisa que eu quis compartilhar com os leitores do blog.
Segundo, em relação ao DGEBA, eu não encontrei na literatura cientifica algo falando sobre o catalisador que Castan usou na época :(
Olá onde adquirir a matéria prima para fábrica??
Olá anônimo
Infelizmente, você vai tem que fazer cotação de preço entre as empresas brasileiras e estrangeiras, pois existem várias empresas que fornecem a matéria prima para produção de resina epóxi. O negocio é vê a que tem o melhor custo benefício, para pode baratear o processo e torna-lo competitivo no mercado.
Olá Pedro. Gostaria de saber se conhece algum processo/procedimento operacional para lavagem de resina epóxi?
Olá Anônimo
Para uma limpeza não muito pesada, você até pode passar um pano com água e sabão, mas se for algo pesado, eu faria uma limpeza com vapor para amolecer a resina epóxi com mais facilidade.
Espero ter te ajudado
Um abraço
Olá! Sabe informar se produtos feitos com a resina são nocivos à saúde, mesmo que a utilização não seja para fins alimentícios como no caso das mamadeiras, por conta do bisfenol em sua composição? Grata!
Olá anônima
Existem evidências crescentes de que o bisfenol possa causar danos aos humanos, mas vários especialistas ainda não têm certeza de como exatamente a toxicidade desse composto pode afetar o corpo, e nem sabem os níveis em que esse produto químico se torna prejudicial à saúde. Já em casos fora da área alimentícia, eu creio que seja menos nocivo a saúde, mas ainda devemos ter cuidado com esse composto.
Olá Pedro poderia me dizer se a produção de resina epoxi é tóxica ao meio ambiente em seus processos? E o porque se afirmativo . Obrigada!
Olá anônima
Infelizmente, a grande maioria dos produtos de resina ainda não é ecologicamente correta, pois podem liberar materiais perigosos para o meio ambiente e para os sistemas de água quando descartados de maneira inadequada. Além disso, também existem evidências de que o bifenol utilizado no processo seja tóxico.
Existem alguns tipos de resina epóxi que podem ser cancerígenas para animais e humanos. Felizmente, os fabricantes estão começando a ficar mais atentos em relação a isso, e eu acredito que em um futuro próximo vão começar a produzir uma resina mais eco friendly :)
Pedro boa noite, poderia indicar alguma empresa para cotação da resina epóxi?
Olá Allan
Já chegou a ver com a Dow Química?
Olá Pedro, tudo bem?
Eu andei pesquisando alguns materiais e estou com algumas dúvidas:
- O que é o processo de cura? Para a resina epóxi, que é uma resina termofixa, acho que eu entendi: ocorre a polimerização dos oligômeros e cross-linking das cadeias poliméricas. Mas esta é uma cura química né? O material passa por uma cura diferente antes disso? Vejo em alguns materiais que eles deixam a resina descansando a certa temperatura e chamam isso de cura. O que seria isso?
- As resinas termoplásticas também são curadas? Cada material diz uma coisa, uns dizem que sim, outros que não, não fica claro. E o que seria essa cura quimicamente?
Olá anônimo
Eu to ligado que não é fácil achar muitos dados relevantes sobre resina epóxi na internet, e eu vou tentar responder esses seus questionamentos:
Primeiramente, a cura química é meio que o tempo que os compostos demoram para reagir e para isso se deixa a mistura “descansando” para se obter o composto que desejamos produzir, sendo que em alguns casos nós também podemos usar algum catalisador químico para acelerar o processo. Além disso, essas resinas não são fáceis de se produzir, e o seu processo de produção geralmente pode variar muito de um fabricante para o outro.
A resina epóxi é sim uma resina termofixa, onde o processo de cura envolve a polimerização dos oligômeros e o cross-linking das cadeias poliméricas. Essa cura química ocorre quando a resina epóxi é combinada com um endurecedor adequado.
Antes do processo de cura química, existem algumas etapas preliminares que podem ser chamadas de pré-cura. Essas etapas podem envolver a mistura dos componentes da resina epóxi (resina e endurecedor) e a aplicação do material em uma superfície ou molde. Nessa fase, a resina pode passar por um estágio de gelificação, no qual a mistura se torna mais viscosa, mas ainda não está completamente sólida.
Após a pré-cura, a resina epóxi pode passar por uma cura adicional, geralmente a uma temperatura elevada, para promover a cura completa. Esse processo de cura térmica, também conhecido como pós-cura, é realizado para permitir a reação química completa entre a resina epóxi e o endurecedor, levando ao desenvolvimento máximo das propriedades do material.
Já as resinas termoplásticas tem um processo de cura diferente do das resinas termofixas, que nem a resina epóxi. As resinas termoplásticas não passam por uma reação química irreversível durante a cura. Em vez disso, elas podem ser aquecidas e resfriadas repetidamente, mantendo sua natureza termoplástica. O aquecimento permite que as cadeias poliméricas se movam e se fundam, enquanto o resfriamento solidifica o material. Esse processo de aquecimento e resfriamento é chamado de cura física.
Espero ter conseguido ajudar um pouco
Um abraço
Quais equipamentos de segurança devo usar, oa manusear epoxi, na fabricção de peças com moldes? É mto perigoso? Tenho vontade de fazer algumas coisas com epoxi , mas temo a toxidade!
Olá anônimo
A resposta é Sim, pois o epóxi pode ser perigoso se as medidas de segurança adequadas não forem tomadas. A resina epóxi é uma substância química que pode ser tóxica e irritante para a pele e os olhos.
Além disso, a resina epóxi pode liberar vapores tóxicos durante o processo de endurecimento, por isso é importante trabalhar em um ambiente bem ventilado.
A exposição prolongada ao monômero epóxi pode levar a sintomas como dor de cabeça, tontura, irritação dos olhos e da pele, náuseas e até mesmo problemas respiratórios graves.
Quanto aos equipamentos de segurança para manusear epóxi, é recomendado o uso de:
- Luvas de segurança
- Óculos de segurança
- Máscara de proteção respiratória
Além disso, é importante trabalhar em uma área bem ventilada para evitar a inalação de vapores tóxicos. Lembre-se de lavar bem as mãos após o contato com a resina para remover quaisquer resíduos. E, claro, sempre siga as instruções de segurança fornecidas pelo fabricante do produto.
Espero que essas informações lhe ajudem, pois trabalhar com epóxi não é fácil.
Um abraço
Quais são as vantagens e desvantagens da tinta epoxi?
Olá anônimo
A tinta epóxi é reconhecida por sua durabilidade e resistência, sendo uma escolha popular para pisos, bancadas e aplicações industriais. Entre as vantagens, destaca-se a sua capacidade de suportar tráfego intenso e resistir a produtos químicos como óleo e graxa, o que a torna ideal para garagens e oficinas.
Além disso, sua aplicação é relativamente simples, podendo ser feita com rolo, pistola ou pincel, e oferece um acabamento estético brilhante e polido, disponível em várias cores. Do ponto de vista econômico, a tinta epóxi é vantajosa a longo prazo, devido à sua longevidade e mínimos requisitos de manutenção.
No entanto, há desvantagens a considerar: a gama de cores é mais limitada em comparação com outros tipos de tintas, e a aplicação requer cuidados específicos para evitar acabamentos irregulares. A tinta também é sensível a temperaturas extremas, o que pode afetar o processo de cura, e os vapores produzidos durante a aplicação podem ser fortes e irritantes, exigindo ventilação adequada e proteção respiratória.
Alternativas como revestimentos de poliuretano podem oferecer maior variedade de cores e são adequados para aplicações internas e externas.
Espero ter ajudado
Um abraço
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