Vocês conhecem as resinas epóxi? E anel epóxido? E Durepoxi?

Tempo de leitura: 9 minutos

Vocês já ouviram falar em resinas epóxi? Acredito que para a maioria dos leitores esse nome não seja muito familiar, a não ser que trabalhe com elas no recobrimento de pisos, ou estude química a algum tempo. Agora, e se eu perguntasse se você conhece Durepoxi®? Esse nome é mais conhecido, ou estou enganado? Durepoxi é o nome comercial de um tipo de resina epóxi (por isso Durepoxi) comercializada pela empresa Loctite, a mesma que comercializa a igualmente famosa cola adesiva Super Bonder®. No caso do Durepoxi, para quem não conhece, é uma espécie de massa adesiva usada para juntar coisas quebradas ou tapar alguns furos. O produto é constituído de duas bisnagas de massa, normalmente uma cinza e uma branca, que na embalagem estão isoladas uma da outra. O método de aplicação do produto é bem simples. Primeiro misturamos uma porção da massa branca com a cinza, tentando homogeneizar o máximo possível, e depois a aplicamos no local que devemos colar, seja uma superfície de madeira, cerâmica, plástico etc, e esperamos. Após um tempo a massa começa a endurecer … e endurece mesmo, inclusive embaixo d’água!  Em mãos habilidosas o acabamento pode ficar bem bonito, mas em mãos menos detalhista, a superfície colada sempre terá uma “verruga” cinza, denunciando o uso do Durepoxi. Quando eu era criança gostava quando minha mãe usava essa massa, e sempre pedia para misturar porque lembrava massinha de modelar. Mas sempre tive a curiosidade de saber porque o adesivo só funcionava quando misturávamos as duas massas, porque não funcionava apenas com uma? Apenas eu tinha essa dúvida ou vocês a compartilham comigo? Bom … acho que depois que fiz graduação em química finalmente descobri, e nesse post gostaria de compartilhar isso com vocês. Esse post vai explicar, do poto de vista químico, como funcionam as resinas epóxi, e ao longo do texto aproveito para explicar porque temos que misturar as duas massas do Durepoxi para que o adesivo funcione. Estão curiosos? Então continuem lendo …

anel epoxidoAntes de entrarmos em qualquer reação química envolvendo as resinas epóxi devemos saber o significado da palavra epóxi. Do ponto de vista químico, o nome epóxi vem do grupo epóxido, ou oxirano, e sempre se refere a um anel de três membros formado por dois átomos de carbono e uma átomo de oxigênio, como podemos ver na figura ao lado. Anéis triangulares como esse são muito tensionados, e em consequência disso são bem instáveis, podendo se romper com certa facilidade. Esta relativa instabilidade do anel epóxido está intimamente relacionada com sua aplicação como base de adesivos super colantes. Uma resina epóxi seria uma molécula, ou mais especificamente uma macromolécula, um polímero, que contém ao menos um anel epóxido. Entenderam? Uma vez entendido e reconhecido o que é uma resina epóxi podemos entender um pouco sobre a reatividade desses adesivos.

A Durepoxi, e qualquer outro adesivo que funcione com base em resinas epóxi, como as super colas líquidas como Power Crytal® e Araldite®, ou ainda as resinas utilizadas para “dar brilho” em pisos, normalmente são constituídos por dois componentes, que só passam a funcionar quando são misturados. No caso da Durepoxi são as massas cinza e branca, no caso das colas líquidas  são a resina e o “endurecedor” (ou o componente A e B). Um dos componentes desses adesivos é o que chamamos de pré-polímero. Esse pré-polímero, que na verdade já é um polímero, serve de base para o polímero que de fato age como cola. A maioria dos pré-polímeros são formados pela reação entre a molécula de bisfenol A e uma molécula contendo o grupo um anel epóxido, normalmente a epicloroidrina. As duas moléculas são mostradas abaixo.

bisfenoleepicloroidrina

No meio reacional a molécula de bisfenol A está em sua forma aniônica, ou seja, o átomos de hidrogênio dos dois grupos fenol são retirados, deixando uma carga negativa sobre os átomos de oxigênio. Cada molécula de epicloroidrina pode se ligar a duas moléculas de bisfenol A (na verdade, do ânion do bisfenol A). Uma ligação ocorre através de uma reação de substituição nucleofílica de segunda ordem, uma SN2, com a saída do grupo cloreto. Isso ocorre porque o átomo de cloro deixa o átomo de carbono deficiente de elétrons, e portanto, propício a receber um ataque de um par de elétrons do átomo de oxigênio do bisfenol A. O mecanismo da reação é mostrado abaixo.

primeira reação

A outra molécula de bisfenol A se liga a epicloroidrina através da abertura do anel epóxido. Como eu disse no início do post, o anel epóxido é um anel muito tensionado, e portanto, pode se quebrar facilmente. Além disso, o átomo de oxigênio deixa o átomo de carbono deficiente de elétrons, o que facilita a quebra no anel quando uma molécula rica em elétrons o ataca. O mecanismo dessa segunda reação é mostrada abaixo.

reação 2Embora eu tenha representado a reação de união entre o bisfenol A e a epicloroidrina  em duas etapas, elas não ocorrem separadamente, e a reação também não ocorre apenas entre uma molécula de bisfenol A e duas de epicloroidrina. Na verdade, uma vez formada a estrutura epicloroidrina – bisfenol A – epicloroidrina (o produto da reação acima), vemos que nas extremidades da molécula ainda existe um anel epóxido e um átomo de clore, que podem (e vão!) reagir com moléculas de bisfenol A, que por sua vez também reagem com mais moléculas de epicloroidrina, e assim sucessivamente. O resultado disto é um polímero de bisfenol A e epicloroidrina, mostrado na figura abaixo.

pre-polimero

Esse polímero, que na verdade é o pré-polímero, o primeiro agente da cola, forma cadeias lineares. Quem leu os artigo “Borracha Vulcanizada – veio do vulcão?”, deve se lembrar que cadeias poliméricas lineares são flexíveis e podem sofrer deformação facilmente. Esse pré-polímero, devido a sua estrutura linear, não pode ser rígido, e também não serve como adesivo. No entanto, tudo muda de figura quando adicionamos o segundo componente, que chamamos de agente de cura (o “endurecedor” das colas líquidas). Normalmente esse segundo agente é uma base nitrogenada, como uma amina terciária. Mas como ele funciona?

Notem que na estrutura do pré-polímero representada acima, vemos a presença de alguns grupos hidroxilas espaçados ao longo do polímero, e além disso o polímero, em suas extremidades sempre  possui um anel epóxido. O agente de cura serve justamente para unir as hidroxilas do meio da molécula com os anéis epóxido das extremidades. Na mesma molécula? Não, ele serve para unir diferentes cadeias. Conseguiram visualizar o processo? Vejam o mecanismo abaixo para ver se ajuda.

polimer reticulado

Vamos supor que uma molécula do pré-polímero possua n grupos hidroxila ao longo da cadeia linear, com a ajuda do agente de cura, essa única cadeia pode se ligar a n outras cadeias, através da abertura do anel epóxido. Cada uma dessa cadeias também possuem n grupos hidroxila, que também podem se ligar a n outras cadeias e com isso sucessivamente. Este processo gera uma espécia de teias de cadeias poliméricas através de inúmeras ligações cruzadas. Essas ligações cruzadas conferem rigidez ao polímero, assim como as pontes de enxofre conferem rigidez à borracha vulcanizada. É esse polímero entrelaçado e rígido que é formado quando misturamos a resina e o “endurecedor”, ou o componente A e o componente B, ou quando misturamos as duas bisnagas de Durepoxi, e é ele que serve como adesivo. Entenderam? Legal, não é? É por isso que os componentes sempre tem de estar separados, e a cola só funciona quando misturamos os dois, pois do contrário não são formadas as ligações entrelaçadas que conferem rigidez ao polímero. O polímero reticulado, além de rígido, e aderente (por isso serve como cola), é bem estável do ponto de vista químico (por isso o Durepóxi endurece até debaixo d’água).

Essa mesma resina epóxi, que é usada como cola, também é usada como revestimento para aparatos que precisam de certa proteção. Por exemplo, os caiaques, que são aqueles pequenos barcos, muitas vezes usados para descer correntezas de rios, são revestidos de resina epóxi para evitar que eles se rasguem nas pedras dos rios. Deu para ter noção da resistência desse tipo de polímero?

Viram mais um exemplo de como a química está em nosso dia-a-dia? Espero que tenham gostado desse post, e que sobretudo, tenha ajudado a ver a química como algo bem presente em nossas vidas. Esse post tem sua versão em vídeo que vocês podem acompanhar abaixo. Ah … não se esqueçam de compartilhar, e deixar seus comentários/críticas/sugestões. Convido-os também a curtir a fanpage do Facebook e assinar o canal do Youtube. Para isto basta clicar nos botões no início do post. Até a próxima do Ensinando & Aprendendo.

 

  • MrCASTROLEMOS

    Muito “lero… lero”….e não disse quem é o catalisador…a barra cinza ou branca?????????

  • Vanessa Braga

    Olá!
    Queria uma informação! Existem outros nomes para resina epoxi?
    Descobri a pouco tempo que sou alérgica a essa resina e sai do médico sem ele consegui me informar da onde vinham as minhas lesões, pq não entro em contato com tintas domesticas, resinas, adesivos e nem durepoxi. Mas fazendo uma busca no Google descobri que a resina epoxi e usa na fabricação de muitos esmaltes, es que descobri como entro em contato com o epoxi.

    • Antonio Florencio

      Oi Vanessa sinceramente eu não sei. De fato, fui dar uma confirmada nos esmaltes de minha esposa e alguns indicavam que tinha resina epóxi, outros indicavam apenas resina (creio que seja epóxi, mas eles deveriam se mais específicos). Mas eu não conheço outro nome para essas resinas, caso descubra eu informo.