Cargas para Indústria da Borracha

Cargas Aplicadas à Indústria
da Borracha
CENNE – Centro de Estudos e Inovação

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Conteúdo
Introdução..................................................................................... 2
Cargas Reforçantes Brancas ........................................................... 5
Cargas Minerais ............................................................................. 6
Dióxido de Titânio.......................................................................... 9
Talco.............................................................................................. 9
Pó de Borracha ............................................................................ 10
Carbonatos .................................................................................. 11
Carbonato de Magnésio ............................................................... 12
Silicatos ....................................................................................... 16
Sílica Hidratada............................................................................ 17
Pó de Borracha ............................................................................ 17

Introdução
Sob o nome de cargas, são listados os materiais que se adicionam aos elastômeros para
alterar propriedades, já que são raros os casos que se usam elastômeros puros.
Não se conhece nenhum material que satisfaça todos os requisitos para ser considerado uma
carga completa, uma vez que são muitas as propriedades desejadas. Entre elas: baixo custo, baixa
densidade, estabilidade térmica, obtenção rápida e fácil, neutralidade química, fácil manipulação,
atoxidade.
As cargas devem conferir ao produto final: resistência mecânica, estabilidade térmica e
dimensional, resistência química e atoxidade. Podem ser divididas em dois grandes grupos: as
reforçantes e as inertes.
As cargas reforçantes são aquelas que comunicam melhores propriedades físico-mecânicas,
como: rigidez, resistência à tração, compressão, deformação, rasgamento.
As cargas inertes ou materiais de enchimento não melhoram em nada as propriedades, ao
contrário, até pioram, porém aumentam o volume do material reduzindo assim os custos, além de
melhorarem o processamento.
1 – Cargas de uso geral:
alumina
carbonato de cálcio
talco
sulfato de cálcio
mica
sílica precipitada
óxido de zinco
sulfato de bário
caulins tratados

2 – Cargas antichama:
hidróxido de alumínio
trióxido de alumínio
carbonato de magnésio
trióxido de arsênio
3 – Cargas resistentes à radiação nuclear:
litargírio
carbeto de boro
4 – Cargas para usinagem:
pós metálicos
carbonatos de cálcio
polímeros orgânicos rígidos
5 – Cargas para transferência de calor:
alumínio em pó
alumina
óxido de zinco
sílica precipitada
6 – Cargas para absorção de calor:
metais em pó
óxidos metálicos
sílica precipitada

7 – Cargas para melhorar resistência elétrica:
alumina
sílica
talco
mica
caulim
8 – Cargas para condutividade:
metais em pó
grafite
negros de fumo
óxidos metálicos
9 – Cargas para resistência a tração:
negros de fumo
sílica precipitada
fibras
carbonato de magnésio
materiais poliméricos
10 – Cargas para compressão:
negros de fumo
caulins tratados
sílica precipitada

11 – Cargas para impacto:
plastificantes
cargas reforçadoras em geral
12 – Cargas para abrasão:
sílica
negro de fumo alta estrutura
carbeto de silício
resinas fenólicas
Cargas Reforçantes Brancas
Até poucos anos a carga reforçadora branca por excelência era o carbonato de magnésio.
Com o surgimento da sílica precipitada houve um grande avanço no que se refere à obtenção de
produtos brancos com boas propriedades físico-mecânicas. Contudo, apesar das ótimas propriedades
das sílicas, ainda não se chegou ao nível de reforço dos melhores negros de fumo.
Para que uma carga seja reforçante, ela deve possuir algumas características fundamentais:
- Granulometria: as partículas devem ser o mais fino o possível, pois o reforço esta relacionado com
a superfície específica;
- Rugosidade: sendo duas partículas de mesmo tamanho, uma esférica e outra rugosa, terão
comportamento diferente; a primeira ocupará espaços intermoleculares sem se prender às

moléculas e a segunda se ancorará originando pontos de atrito estabelecendo uma certa ligação
mecânica entre as moléculas;
- Estrutura: uma partícula fina considerada isolada não significa nada, mas se a mesma se organizar
com outras de modo a formar estruturas tem condições de comunicar ao polímero modificações em
suas propriedades, pois essa estrutura é decorrente de carga elétrica residual ou reatividade química
localizada;
- Dispersão: aqui evidentemente joga-se com o fator econômico, uma vez que quanto mais fácil a
dispersão, mais rápida a incorporação e menor o custo de mistura, dada a economia de energia e
mão-de-obra, assim como o aumento da produção. Quanto menor a partícula maior a dificuldade de
incorporação;
- Natureza química: muito discutida; estudos atribuíram as características reforçadoras dos negros
de fumo à estrutura química, próxima ao da borracha com a qual reagiria após a incorporação a ela.
As sílicas são materiais que apresentam certa dificuldade para serem incorporadas pelos
elastômeros, e por suas características ácidas têm efeito retardante sobre o sistema de cura, motivo
pelo qual se costuma usar paralelamente uma base orgânica (glicóis) para eliminar todo resíduo
ácido. Bons resultados são obtidos também quando além da sílica se usa carbonato de cálcio ou
óxido de magnésio. Usa-se cal hidratada num teor de 5 a 10 phr e o efeito retardante da sílica fica
completamente eliminado.
Quando se deseja obter um produto com baixa deformação permanente, devemos restringir
o uso da sílica precipitada, uma vez que ela determina a ocorrência de grandes deformações.
Cargas Minerais
O uso de cargas de reforços tem desempenhado um papel muito importante dentro deste
contexto, sendo hoje um dos campos de maior crescimento na indústria de materiais plásticos. Esta

participação iniciou-se com a necessidade de carregar as resinas de uso geral para compensar o
aumento crescente dos custos das resinas virgens e para ampliar a disponibilidade de matéria prima.
Depois o uso se estendeu a certas cargas minerais que exibiam a capacidade de alterar
positivamente algumas propriedades da matriz e resina. Nos dias atuais, é grande a necessidade de
obter-se um balanço específico de tais propriedades, como alta resistência mecânica, módulos
elevados, temperaturas e distorções mais altas, baixa expansão térmica, e o que é mais atraente,
com custos competitivos.
Cargas minerais são intencionalmente incorporadas à matriz polimérica com o objetivo
principal de atingir um aumento perceptível em propriedades mecânicas. Ou seja, quando tais cargas
são incorporadas espera-se delas um compromisso com a matriz polimérica no sentido de haver uma
interação mecânica perceptível.
Tal conceito, entretanto, deverá ser diferenciado do termo “reforço” propriamente dito,
onde este será aplicado aos produtos que irão interferir numa escala muito maior sobre as
propriedades mecânicas.
A característica de reforço que um carregamento mineral possa vir a promover pode ser
entendido pela relação módulo de flexão versus resistência ao impacto.
A maioria das cargas minerais promove um aumento em rigidez, ou seja, aumento do
módulo de flexão. Entretanto, uma característica só é entendida se, juntamente com o aumento em
rigidez, também haja um aumento em resistência ao impacto ou à tração. Neste caso, a partícula
de carga mineral deve ter uma interação tal com a matriz polimérica de modo que a tensão de
esforço sobre o polímero seja imediatamente transmitida à fase mineral.
À medida que as características de reforço foram sendo incrementadas mediante o
entendimento dos fenômenos de relacionamento carga / matriz, os parâmetros a serem levados em
conta na seleção de uma carga mineral começaram a ser estabelecidas. Além das características
óbvias, tais como disponibilidade, custo e constituição mineranológica, a seleção de cargas minerais

para termoplásticos evoluiu para o estudo das características físico-químicas. Tais características
físico-químicas são principalmente:
A razão de aspecto, ou seja, a relação comprimento / diâmetro da partícula, é talvez o
parâmetro mais importante para promover uma característica de reforço. Quanto maior for a razão
de aspecto da carga mineral, maior é a probabilidade de atuar como uma carga reforçante. A razão
de aspecto depende da estrutura morfológica das partículas. Deste modo podemos ver tipos de
estrutura morfológica básica para diversas cargas.
O tamanho médio das partículas e a distribuição de tamanho influenciam tanto as
propriedades mecânicas como reológicas do composto e devem ser bem controladas. Excesso de
partículas grosseiras ou de partículas extremamente finas podem prejudicar as propriedades
reológicas, ocasionando problemas tanto de dispersabilidade da carga como de processabilidade dos
materiais carregados. As propriedades mecânicas serão muito prejudicadas se um excesso das
partículas maiores estiver presente, pois as partículas maiores pela sua imobilidade e maior área,
tendem a formar vazios em maior número e tamanho do que um volume igual de partículas mais
finas.
A área superficial, medida em m2
/ g, é outro parâmetro que, semelhantemente à razão de
aspecto, é decisivo para melhorar a razão carga / matriz.
O conhecimento da natureza química da superfície também nos dá uma ideia da
compatibilidade química entre a carga mineral e sua matriz polimérica. Normalmente, cargas
minerais com uma natureza polar tendem a serem mais compatíveis com as resinas polares.
A fração volumétrica máxima de empacotamento está relacionada à distribuição de
tamanho de partículas e também depende da área superficial das partículas. Tal parâmetro é um
valor teórico que controla a máxima concentração de carga que pode ser incorporada ao polímero
fundido, supondo que este esteja presente apenas molhando a superfície e ocupando os vazios entre
as partículas.

A pureza química de uma carga mineral, deverá ser conhecida principalmente quanto à
presença de contaminantes na forma de íons metálicos ativos, oriundos de óxidos de ferro,
manganês, cobre ou níquel, os quais participam ativamente nos processos de degradação do tipo
termofoto-oxidativo na maioria dos polímeros.
Dióxido de Titânio
É empregado na indústria de plástico e borracha por possuir grande poder de cobertura,
permitindo o máximo destaque para uso em artefatos coloridos. Comercializado em dois tipos
principais relacionados abaixo:
Tipos Comerciais de Dióxido de Titânio
Tipo Peso Específico Equivalência Volume Tonalidade
Anatáse 3,90 100 26 Branco / Azulado
Rutilo 4,20 75 18 Branco / Creme
Ambos são empregados para obtenção de compostos brancos ou coloridos com a adição de
pequenas quantidades de azul quando se deseja um ótimo acabamento final do vulcanizado.
Talco
O talco é um silicato de magnésio hidratado com a fórmula 4SiO2 3MgO H2O, de peso
específico de 2,72. É um pó branco macio podendo ser micronizado em partículas muito finas, que
confere as mesmas características do carbonato com a vantagem de ser mais resistente aos ácidos,
apresentar melhor resistência di-elétrica e melhor acabamento.

Também por ter estrutura lamelar é mais indicado nos artefatos extrudados, sendo que
conferem também boa aparência aos artefatos vulcanizados, indicado também para uso em
ebonites, policloropreno e silicones. É ainda muito utilizado na indústria do látex.
Já existem no mercado tipos recobertos com silano que conferem melhores características
físicas e elétricas, além de facilitarem a produção de artefatos moldados.
Pó de Borracha
Durante a produção de pneus, ao serem preparados são raspados e lixados como um
processo de retificação. Este pó que é recolhido depois apresenta granulometrias diferentes, sendo
os mais finos utilizados em composições de borrachas pretas com algumas características
interessantes como eliminação de bolhas, economia, compostos altamente carregados com
densidade relativamente baixa, além de melhoras na resistência ao desgaste por abrasão.
Trata-se de um material de excelente incorporação, sendo esta muito rápida, com a
vantagem de não ficar caindo na bandeja do cilindro (quando utilizado o misturador aberto) e deste
modo fazendo com que as demais cargas também incorporem mais rapidamente, e sua dispersão
que é de alto nível, não ficando nenhum resíduo no composto.
Nas fábricas de solados e calçados, as chapas são lixadas para permitir um melhor
acabamento ou colagem. Este pó obtido das lixadeiras constitui um excelente material como carga
diluente.
Os principais cuidados se devem à cor do pó e ao tipo do mesmo, pois se for de um material
microcelular, quando adicionado a um material compacto poderá provocar esponjamentos
indesejáveis.

Carbonatos
O carbonato de cálcio utilizado na borracha é obtido quimicamente sob a forma de
precipitado como que se obtém estrutura e sobretudo granulometria muito mais fina do que pela
moagem do carbonato natural.
Carbonato Natural: moagem do produto natural. O carbonato de cálcio pode conter até 20% de
umidade. Seca-se e submete-se a moagem e peneiragem. Conseguem-se carbonatos de razoável
granulometria com este processo.
Carbonato Precipitado: este tipo obtido por precipitação apresenta granulometria muito fina, o que
torna uma carga branca muito procurada para uso em borracha.
A reação pode ser feita por dupla decomposição:
Cloreto de cálcio reagindo com carbonato de sódio, produz carbonato de cálcio e cloreto de
sódio, sendo este solúvel em água. O processo se completa com um número de lavagens suficientes
pra eliminação do cloreto de sódio e secado a alta temperatura para total eliminação da umidade,
sem provocar a sinterização.
Outro processo consiste em transformar o hidróxido de cálcio submetendo-o a uma corrente
de dióxido de carbono, consiste numa simplificação, pois não há necessidade de lavagens, apenas de
secagens.
Os carbonatos obtidos por qualquer método químico são muito finos e pode-se melhorar as
suas propriedades adicionando-lhe um pouco de ácido esteárico que permite obter uma moagem
melhor, incorporação mais fácil e uma dispersão mais homogênea.
O carbonato de boa qualidade comunica razoável resistência à tração, superior resiliência. O
aumento das propriedades é proporcional ao teor de carbonato até cerca de 70 phr. A elasticidade
não sofre sensivelmente como acontece com outras cargas.

Os vulcanizados cuja carga é o carbonato de cálcio, apresentam desempenho parecido com o
negro de fumo no que se refere à fadiga por dobramento. Tem pequena capacidade de absorção de
água e excelentes propriedades elétricas.
O carbonato é muito usado por apresentar baixo preço, oferecendo módulo e dureza não
elevados para peças de uso comum, que não entrem em contato com ácidos pois isso geraria
reações entre ambos.
Carbonato de Magnésio
O carbonato de magnésio foi uma carga branca reforçante muito utilizada antes do
surgimento das sílicas precipitadas. Com as propriedades e a comercialização destas, aos poucos o
carbonato foi perdendo emprego, até ser relegado ao esquecimento.
Ainda algumas empresas utilizam esta carga em compostos translúcidos, que necessitem de
boas características mecânicas. O carbonato de magnésio demonstrou-se muito eficaz na
neutralização da acidez provocada por sílicas e caulins, motivo pela qual ainda tem seu emprego na
indústria, porém seu preço ainda é considerado um pouco elevado.
Caulim
O nome caulim deriva do chinês Kauling (China clay ou seja, argila chinesa), o termo refere-se
mais às condições físicas do que a composição química. A argila é um mineral formada basicamente
de silicato de alumínio hidratado e originado principalmente da alteração de rochas sílico -
aluminosas, sob os efeitos dos agentes atmosféricos.
Os caulins podem ser classificados em dois tipos: duros (hard clay) ou moles (soft clay). O
ferro presente nos caulins é um dos inconvenientes para o uso em borracha e não se sabe ao certo

como se apresenta, se combinado ou absorvido.Quanto mais escura for a coloração do caulim, maior
será a quantidade de ferro presente em sua composição.
Os próprios caulins brancos apresentam um teor razoável de ferro, que poderá causar
problemas de coloração nos artigos claros quando se utilizar de forma abundante deste material.
Normalmente o caulim é usado após o beneficiamento simples que consiste na secagem,
moagem e seleção granulométrica. Um processo mais evoluído consiste em trabalhar via úmida e
com variações de ph, que permitem obter razoável solubilização dos compostos de ferro.
Junto com o caulim ocorrem muitos outros compostos sob as formas mais complexas e
variadas, entre as quais:
Elemento Composto Denominação
Silício SiO2 Dióxido de Silício ou Sílica
Alumínio Al2O3 Óxido de Alumínio ou Alumina
Ferro Fe2O3 Óxido férrico
Titânio TiO2 Dióxido de Titânio
Cálcio CaO Óxido de Cálcio
Cálcio CaCO3 Carbonato de Cálcio
Magnésio MgCO3 Carbonato de Magnésio
Potássio K2O Óxido de Potássio
Manganês MnO Óxido de Manganês
Enxofre SO3 Trióxido de Enxofre
Carbono CO2 Dióxido de Carbono
Carbono -CO3 Carbonatos

Extração
As jazidas se apresentam sob a forma de bancos de rocha friável e pouco compacta. A
extração é feita da maneira mais indicada para cada caso, seja pelas características de jazida, seja
pelas disponibilidades de equipamentos.
Geralmente a extração é feita a céu aberto utilizando-se equipamentos rudimentares, e onde
se puder dispor de água abundante, pode ser usado um método hidráulico.
São diversas as maneiras usadas no tratamento do caulim, sobretudo levando-se em
consideração o fim a que se destina. No presente caso, restringimo-nos ao caulim destinado a ser
utilizado como carga composições de borracha.
O material é extraído e estocado, ás vezes a céu aberto ou em pavilhões cobertos para
perder o máximo de umidade e assegurar um fornecimento contínuo à usina de beneficiamento,
mesmo em épocas de chuva. O tratamento mais comum, consiste em secar o produto após a
extração, espalhando-o sobre chapa metálica aquecida a fogo direto.
Uma vez seco, o caulim é passado em moinho de bolas e separado em duas ou mais faixas
granulométricas por meio de ciclone, acondicionado e remetido para as indústrias de borracha.
Outro método consiste em separar as diferentes faixas granulométricas por meio de uma suspensão
que é orientada para fazer um percurso através de tanques de deposição.
Para se obter melhores resultados costuma-se alcalinizar o meio com hidróxido de amônio,
afim de manter em suspensão por mais tempo os finos e assim aumentar o rendimento. Em seguida
acidula-se o meio com ácido acético e a sedimentação se processa rapidamente. A utilização de
outro ácido exige um equipamento mais resistente ao ataque químico.
Uma vez separadas as diversas frações, procede-se ao branqueamento por meio de redução
química dos óxidos de ferro insolúveis.
Os caulins tratados, após a secagem final sofrem nova moagem para assegurar uma boa
dispersão dos ativadores.

Muitos foram os trabalhos desenvolvidos com objetivo de obter caulins com propriedades
reforçadoras, contudo nenhum destes estudos deram resultados satisfatórios, sendo os melhores
resultados obtidos através do tratamento químico visando modificar o estado superficial, ph, entre
outros.
É sabido que o caulim, por melhor que seja, não é carga reforçadora. De um modo geral,
considerando-se apenas o aspecto qualidade, a presença do caulim é prejudicial uma vez que
normalmente compromete ao invés de melhorar as propriedades físico-mecânicas do produto
fabricado. De outro lado, nem sempre considera-se o aspecto qualidade, dado o baixo preço do
material, seu uso intensivo é um fator tecnicamente justificável, sobretudo em artigos sem
responsabilidade.
Além de afetar a boa qualidade dos artefatos, os caulins ainda apresentam o inconveniente
de serem ácidos e por isso retardam a aceleração. Por esta razão costuma-se usar uma base orgânica
(dietileno glicol, trietanolamina), para neutralizar a acidez desses materiais, quando usados em
grandes quantidades.
Composições ricas em caulins, aumentam consideravelmente a densidade e ao se fazer a
pirólise obtém-se elevado teor de cinzas. Uma de suas poucas vantagens é seu baixo preço,
consequente do baixo custo da formulação; outra vantagem seria o fato constatado segundo o qual
melhoram as propriedades de colagem quando a composição contém caulim; isso talvez se explique
através da absorção dos plastificantes pelas partículas de caulim ou pela presença de silicatos que
favorecem o desenvolvimento de tal propriedade.
Nas borrachas que devem ser submetidas a solventes, uma alta dose de caulim pode ajudar,
pois o que aumenta de volume é o elastômero e não a carga.
Massas ricas em caulim apresentam alta rigidez, que podem ser de grande ajuda na produção
de perfis e trefilados, por apresentarem menores deformações do que ocorreriam na ausência do
mesmo.

Silicatos
Os silicatos precipitados mais importantes como cargas reforçadoras brancas são o silicato de
alumínio e o silicato de cálcio.
O silicato de cálcio, foi inicialmente usado na borracha sintética. Uma grande aplicação em
composições para calçados, proporcionando maior dureza aos compostos em relação aos caulins
sem a necessidade de ser usado em altas quantidades. Este material é obtido a partir do silicato de
sódio e cloreto ácido de cálcio. A resistência ao rasgo é superior ao carbonato de cálcio.
O silicato de alumínio é mais fino do que o de cálcio e proporciona maior resistência ao rasgo
e à abrasão, proporciona ainda maior dureza e menor densidade. Obtido a partir do silicato de sódio
e sulfato de alumínio.
Propriedades de Algumas Cargas Brancas
Determinação
Sílica
Pirogênica
Sílica
Precipitada
Silicato de
Alumínio
Silicato
de Cálcio
Carbonato
de Cálcio
Perda por secagem % < 1.5 4 a 7 5 a 9 5 a 9 < 1
Perda por calcinação % 0 a 2 8 a 12 12 a 17 13 a 17 < 40
Teor de SiO2 % 98.5 83 a 90 65 a 73 63 a 80 -
Al2O3 0 a 0.05 0.3 7 a 10 - -
CaO % - - - 4 a 19 < 55
Na2O % - 2.5 7 a 9 1 a 3 -
Superfície RET, m2
/g 100/500 40 /250 60/180 35/80 10/30
Tam.médio partículas nm 7/16 15/100 20/50 30/50 30/35
Absorção de DBP % - 175/285 170/220 165/220 50
PH, (4 e 5 % em água) 3.6 / 4.3 6 a 9 6 a 9 9 a 10 8

Sílica Hidratada
É a carga reforçadora que mais se aproxima do negro de fumo, permitindo a fabricação de
artefatos brancos, coloridos ou transparentes com excelentes propriedades físicas.
As sílicas tendem a absorver o acelerador retardando deste modo a vulcanização, pois trata-
se de um material ácido.
O uso de uma aceleração adequada, em geral empregando um acelerador secundário e a
adição de um glicol, um tri-etanol-amina, permitem reduzir o tempo de vulcanização pois são
materiais receptores ácidos.
As sílicas são materiais higroscópicos, devendo portanto ser muito bem armazenada e
processada cuidadosamente durante a composição.
Estas cargas, apesar de conferirem aos artefatos propriedades físicas semelhantes às obtidas
usando-se negro de fumo, só devem ser usadas quando estes tem que ser evitados devido a cor do
artefato, pois além de serem mais caras, apresentam piores condições de processamento, devido sua
difícil incorporação.
Pó de Borracha
Durante a produção de pneus, estes ao serem preparados, são raspados e lixados como um
processo de retificação. Este pó que é recolhidos depois, apresenta granulometrias diferentes, sendo
os mais finos utilizados em composições de borrachas pretas com algumas características
interessantes como eliminação de bolhas, economia, compostos altamente carregados com
densidade relativamente baixa, além de melhoras na resistência ao desgaste por abrasão.

Trata-se de um material de excelente incorporação, sendo esta muito rápida, com a
vantagem de não ficar caindo na bandeja do cilindro (quando utilizado o misturador aberto) e deste
modo fazendo com que as demais cargas também incorporem mais rapidamente, e sua dispersão
que é de alto nível, não ficando nenhum resíduo no composto.
Nas fábricas de solados e calçados, as chapas são lixadas para permitir um melhor
acabamento ou colagem. Este pó obtido das lixadeiras constitui um excelente material como carga
diluente.
Os principais cuidados se devem à cor do pó e ao tipo do mesmo, pois se for de uma material
microcelular, quando adicionado a um material compacto poderá provocar esponjamentos
indesejáveis.

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