Plastificantes Derivados do Petróleo

Introdução

Os óleos de origem mineral derivados do petróleo são fracções do petróleo bruto com altos pontos de ebulição, que variam numa ampla gama de temperaturas e são constituídos por misturas de hidrocarbonetos de elevado peso molecular, que se apresentam em estruturas mais ou menos complexas. Podemos caracterizar estes óleos de duas maneiras:

• Pelo tipo das suas moléculas (classificação estrutural);
• Por uma análise dos tipos de carbonos presentes.

A classificação estrutural divide os óleos em quatro grupos:

• Hidrocarbonetos aromáticos, que são hidrocarbonetos que possuem na sua estrutura o característico anel benzénico (Figura 1).
  
  Fig. 1 – Estrutura dos hidrocarbonetos aromáticos
• Hidrocarbonetos olefínicos ou alcenos, que são hidrocarbonetos insaturados por apresentarem, pelo menos, uma ligação dupla na molécula. São caracterizados pela fórmula geral C_nH2_n (Figura 2);
  
  Fig. 2 – Estrutura dos hidrocarbonetos olefínicos
• Hidrocarbonetos nafténicos, que são caracterizados por uma estrutura em anel, sem ligações duplas. São também designados por cicloparafinas ou naftenos. São caracterizados também pela fórmula geral C_nH_2n (Figura 3);
  
  Fig. 3 – Estrutura dos hidrocarbonetos nafténicos
• Hidrocarbonetos parafínicos, que são caracterizados por cadeias lineares de hidrocarbonetos, sem ligações duplas, possuindo ou não cadeias laterais. São caracterizados pela fórmula geral C_nH_2n+2 (Figura 4).
  
  Fig. 4 – Estrutura dos hidrocarbonetos parafínicos

Os métodos analíticos dos óleos derivados do petróleo permitem classificar as várias fracções, como segue:

A) Asfaltenos

Os asfaltenos são misturas muito complexas e de composição muito variável de vários tipos de hidrocarbonetos, nomeadamente alifáticos, policíclicos aromáticos e compostos heterocíclicos, que contêm azoto, enxofre e oxigénio. Esta fracção tem uma cor muito escura, possui uma alta viscosidade e é insolúvel em éter de petróleo e em n-pentano. Contém na sua composição enxofre, azoto e oxigénio. O seu peso molecular varia entre 2000 e 5000 Estes compostos são muito compatíveis com a generalidade das borrachas, mas são difíceis de dispersar. Quando presentes em maiores quantidades, tornam os compostos de borracha não vulcanizada mais rígidos. Melhoram as propriedades tensão/deformação dos vulcanizados. São manchantes.

B) Compostos polares

Estes tipos de compostos são obtidos dos componentes do óleo solúveis em éter de petróleo, seguida de precipitação com ácido sulfúrico a 85%. Trata-se de compostos polares e insaturados. Comunicam às borrachas pegajosidade (tack), melhoram a tensão de rotura e aumentam a dureza dos vulcanizados. Se o teor de azoto for elevado, aumentam a velocidade de vulcanização, actuando como um acelerador moderado e aumentando também a tendência dos compostos à pré-vulcanização. Actuam também como um peptizante, contribuindo para a degradação das cadeias moleculares das borrachas (Figura 5).

Fig. 5 – Estruturas de compostos polares

C) Acidaffins A1

Esta fracção do óleo não reage com ácido sulfúrico a 85%, mas reage com o mesmo ácido numa concentração de 75%. É muito compatível com todos os tipos de borrachas insaturadas. Não é compatível com borrachas com elevado grau de saturação, como a borracha butílica (IIR) e a borracha de etileno propileno (EPM). A presença de elevado grau de insaturação das cadeias hidrocarbonadas concorre para o consumo do agente de vulcanização (enxofre), diminuindo a velocidade de vulcanização e o nível de propriedades do vulcanizado (módulo, tensão de rotura e dureza, nomeadamente). São óleos manchantes.

D) Acidaffins A2

Esta fracção não reage nem com ácido sulfúrico a 75% nem a 85%; é precipitada apenas com oleum sulfúrico (ou ácido sulfúrico fumante), tendo uma concentração de anidrido sulfúrico (SO₃) de 30%. Trata-se de hidrocarbonetos com baixo nível de insaturação. Não afectam a velocidade de vulcanização e não são manchantes.

E) Parafinas

Esta fracção não reage com ácido sulfúrico nem com oleum sulfúrico. São muito estáveis, devido ao seu elevado grau de saturação. São incompatíveis com a generalidade das borrachas, excepto com borracha butílica (IIR) e borracha de etileno propileno (EPM). Proporcionam bom processamento, nomeadamente na extrusão e na calandragem. Não são manchantes.

Num óleo para borracha, a soma das quantidades presentes de compostos polares, acidaffins A1 e acidaffins A2 é que determina a sua compatibilidade com borrachas polares e insaturadas. As composições químicas elementares, índices de refracção e densidades dos diversos tipos de fracções são mostradas no Quadro 8. Devem ser entendidas como valores típicos, já que variam com a natureza do petróleo bruto que lhes dão origem.

No Quadro 9 indicam-se as percentagens dos diferentes tipos de fracções nos tipos de óleo para borracha.

No Quadro 10 indicam-se as percentagens dos diferentes tipos de átomos de carbono (C_A, C_N, C_P) nos tipos de óleo para borracha.

No Quadro 11 mostra-se a relação existente entre a constante viscosidade gravidade (VGC) e os tipos básicos de óleos para borracha (aromáticos, nafténicos e parafínicos).

No Quadro 12 indica-se a compatibilidade dos diversos tipos de óleos extraídos do petróleo com os principais tipos de borrachas.

Os óleos aromáticos, devido à sua reconhecida perigosidade, têm vindo a ser substituídos por outros tipos de óleos em que o teor de aromáticos é bem mais reduzido. Inicialmente foram substituídos pelos chamados óleos DAE (Destilate Aromatic Extract). Mas estes, ainda com teor de hidrocarbonetos aromáticos superior a 35%, foram ainda considerados perigosos e foram substituídos pelos óleos TDAE (Treated Destilate Aromatic Extract), com teor em hidrocarbonetos aromáticos compreendido entre 20 e 25%. Estes, por sua vez, foram substituídos pelos chamados óleos MES (Medium Extracted Solvate), os quais possuem um teor em hidrocarbonetos aromáticos compreendido entre 10 e 15% e pelos chamados óleos RAE (Residual Aromatic Extract), que possuem um teor em hidrocarbonetos aromáticos superior a 25%. Contudo, possuem ambos um teor em policíclicos aromáticos (PCA) inferior a 3%, de acordo com as exigências da legislação europeia. Devem ser utilizados, de preferência, os óleos TDAE e MES, visto que os óleos do tipo RAE ainda possuem um elevado teor de aromáticos.