Resina Epóxi – História, Processo de Produção, Propriedades e Usos

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.

estrutura-anel-epoxido
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.

reaçao obtençao resina epoxi quimica
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.


estrutura quimica resina epoxi
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.

foto lata tinta epoxi
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


Sobre o autor


Pedro Coelho Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança no trabalho e técnico em informática, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e outros cursos. Se você acha legal esse projeto, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e ajude-nos a divulgar essa ideia, compartilhando com seus amigos as nossas postagens.

2 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.

Os comentários são sempre bem vindos, pois agregam valor ao artigo. Porém, existem algumas regras na Política de Comentários, que devem ser seguidas para o seu comentário não ser excluído:
- Os comentários devem estar relacionados ao assunto do artigo.
- Jamais faça um comentário com linguagem ofensiva ou de baixo calão, que deprecie o artigo exposto ou que ofenda o autor ou algum leitor do blog.
- Não coloque links de sites ou blogs no corpo do texto do comentário. Para isso, assine com seu Nome/URL ou OpenID.
-Não coloque seu email e nem seu telefone no corpo do texto do comentário. Use o nosso formulário de contato.
- Se encontrar algum pequeno erro na postagem, por favor, seja bem declaro no comentário, pois a minha bola de cristal não é muito boa.
- Não seja tímido, se você tem alguma duvida ou sabe de algo mais sobre o assunto abordado no artigo, comente e compartilhe conosco :)

Back To Top