Conheça tudo sobre o Nylon e as poliamidas

Publicado por Materiais Júnior em dezembro 17, 2020dezembro 17, 2020

Com certeza você já viu algum produto feito de Nylon, como por exemplo fios, cordas e tecidos. Mas você sabe o que distingue esse material dos outros polímeros? Hoje vamos contar um pouco mais sobre o histórico, propriedades e aplicações das poliamidas!

Como o Nylon surgiu?

Em meados de 1929, Wallace H. Carothers (1896-1937), químico norte-americano, desenvolveu na empresa DuPont as reações de condensação, que originaram os poliésteres e às poliamidas (PA). Esta última classe de novos materiais tornou-se conhecida comercialmente como nylon ou em português náilon. A poliamida, surge como uma alternativa para a seda, fibra natural produzida através da sericultura e utilizada na fabricação de vestimentas finas. A partir de 1938, as meias femininas sintéticas tornaram-se um sucesso comercial.

Uma das expressões mais marcantes do marketing e propaganda das meias na época foi a seguinte, strong as steel and delicate as a spider web’s, que no português significa, “forte como o aço e delicado como a teia de uma aranha”. Logo depois, devido as necessidades geradas pela 2ª Guerra Mundial, o nylon começou a ser utilizado como reforço de pneus, em telas para balões meteorológicos e nos paraquedas. Hoje ele também pode substituir os materiais metálicos em peças injetadas, como em calota de ônibus e em engrenagem dentada pela facilidade de produção e grande vantagem econômica.

Uma hipótese para a origem da palavra nylon é a junção das siglas para as duas cidades em que ele era produzido, Nova York e Londres (NY – LON).

Estrutura química

 As poliamidas são polímeros de cadeia heterogênea, cuja cadeia principal é constituída por átomos de carbono (C) e um átomo diferente deste, o nitrogênio (N), nomeado de heteroátomo. A ligação que define esta classe é a amida -NH-CO-. Estes materiais apresentam alta resistência mecânica e estabilidade dimensional. A alta resistência mecânica pode ser atribuída às ligações de hidrogênio, formadas entre a carbonila (C=O) de uma cadeia e o hidrogênio da ligação amida (N-H) de outra cadeia, conforme é mostrada na figura abaixo.

Ponte de hidrogênio formada entre o hidrogênio da amida e o oxigênio da carbonila pela aproximação de dois segmentos de cadeia de uma poliamida.

A ligação do tipo pontes de hidrogênio torna as poliamidas higroscópicas, isso significa que elas são capazes de absorver água. A quantidade de água absorvida varia de acordo com o tipo do nylon. Em uma situação de equilíbrio a absorção é de 0,5 e 2% ou em uma situação de saturação ela corresponde de 2 a 9%.

Síntese e Preparação

A policaproamida ou simplesmente poliamida 6 (PA 6) é um polímero por abertura de anel. Este mecanismo consiste na ruptura do monômero ε-caprolactama a temperatura acima de 200ºC e na presença de uma pequena quantidade de água. A ruptura acontece na ligação amida -CO-NH-, gerando uma bifuncionalidade no monômero que, reagindo consigo mesmo diversas vezes, dá origem a uma cadeia polimérica, sem a formação de subprodutos.

Reação de polimerização da PA 6 pela ruptura de anel do monômero ε-caprolactama.

Por outro lado, o hexametileno adipamida, mais conhecido como nylon 6,6 é um polímero de condensação, conforme ilustrado na Figura 3. Sua polimerização baseia-se na reação de dois grupos funcionais reativos, a saber, o radical amida do hexametileno diamina (HMDA) com o radical ácido carboxílico do ácido adípico (AA) formando uma ligação amida. A reação gera uma molécula de água como subproduto.

Reação de condensação para a formação do sal de nylon e água como subproduto.

Os número relativos ao nome do nylon, ou seja, 6,6, referem-se a quantidade de carbonos que compõem cada uma das duas moléculas que reagem para formar o nylon, ou seja, o hexametileno diamina contém 6 átomos de carbono na sua cadeia principal, assim como o ácido adípico, neste sentido quando ambos reagem formam uma molécula com 6 átomos de carbono antes e depois da ligação amida -NH-CO- .

Devo tomar algum cuidado no processamento do nylon?

Os nylons são moléculas polares, e, portanto, atraem moléculas de água. Estas se alojam entre as ligações de hidrogênio das cadeias da fase amorfa. A localização privilegiada das moléculas de água, facilita a reação dela com o grupo amida -CO-NH-, rompendo esta ligação através de cisão de cadeia, e regenerando os grupos amina e álcoois originais com a consequente cisão da cadeia e redução da massa molar viscosimétrica média durante o processamento.

Neste sentido, os fabricantes indicam na folha de informações (datasheet) a necessidade que o material tem de passar pelo processo de secagem antes do processamento no estado fundido para evitar a degradação, assim como indicam a temperatura e o tempo de secagem para evitar a oxidação térmica e, consequentemente, sua fragilização e amarelamento.

Todavia, a absorção de umidade pode ser importante após o processamento, pois torna o material mais maleável. Por isso mesmo, a maioria das peças injetadas com esse polímero, são hidratadas, por imersão em água morna, após a produção visando aumentar os índices de resistência ao impacto e tenacidade.

Principais Propriedades

Os nylons podem ser denominados como termoplásticos, isso quer dizer que são sólidos a temperatura ambiente, mas quando submetidos a um aumento da temperatura e pressão, amolecem e fluem, podendo assim ser moldados. Retirando-se a solicitação,  eles se solidificam em formas definidas. Reiniciando o processo, os mesmos comportamentos podem ser observados, ou seja, o processo ocorre de forma reversível, portanto esses materiais são fusíveis, solúveis e recicláveis.  

Os termoplásticos orientados, ou seja, com um sentido longitudinal dito eixo principal são chamados de fibras. Elas possuem um comprimento cerca de 100 vezes maior do que o diâmetro. A orientação das cadeias e dos cristais feita de modo forçado durante a fiação, aumenta a resistência mecânica, tornando os materiais desta classe possíveis de serem usados na forma de fios finos.

Em relação ao desempenho mecânico das poliamidas quando em forma de peça, elas podem ser ditas termoplásticos de engenharia (TE), pois apresentam elevada resistência mecânica (rigidez), boa tenacidade e excelente estabilidade dimensional.

O nylon é um material de fácil conformabilidade, sendo fácil de se
extrudar e apresenta boa usinabilidade. Por isso, também é utilizados em aplicações menos exigentes, como na indústria têxtil para fabricação de fibra de nylon para produção de roupas, podendo substituir produtos naturais como, seda, algodão e lã.

Aplicações do Nylon

A PA 6,6 e PA 6 são utilizadas para a confecção dos mesmos grupos de produtos finais, sendo eles filamentos (têxteis, industriais e de carpete), plásticos de engenharia e filmes.

Os filamentos têxteis são destinados aos artigos que requerem baixo peso, secagem rápida, resistência alta e conforto, como por exemplo, as meias, roupas íntimas, roupas esportivas e roupas de praia.

Os filamentos industriais são destinados aos tecidos de airbags, aos fios para pneus e as correias transportadoras por requererem alta tenacidade.

Os filamentos de carpete são destinados aos carpetes em detrimento das propriedades apresentadas, a saber, suavidade, receptividade a corantes e recuperação elástica.

Paraquedas (uma das aplicações no Nylon) amarelo em céu limpo. Fonte

Os plásticos de engenharia são destinados a indústria automotiva em cárter de óleo e retrovisor, por exemplo, substituindo peças feitas de metal devido ao baixo peso, estabilidade térmica e dimensional, liberdade de design, rigidez e força mecânica.

Os plásticos de engenharia na eletroeletrônica são aplicados a produtos que exigem isolamento elétrico, estabilidade térmica e dimensional, rigidez dielétrica, receptividade a corantes, como por exemplo, os disjuntores, relés e interruptores.

Os filmes são destinados ao setor de embalagens pra a fabricação de filmes plásticos devido à sua propriedade de elevada resistência.

O nylon reforçado

 As poliamidas tem sido cada vez mais utilizadas como plásticos de engenharia, na confecção de artefatos ou peças técnicas para a indústria automotiva. A PA 6,6 reforçada com 35% de fibra de vidro pode ser aplicada a tampa de válvulas de motor. Já a PA 6 reforçada com 30% de fibra de vidro como calota de ônibus. E a PA 6 reforçada com 45% de fibra de vidro como engrenagem dentada.

Os motivos para tais usos são relativos as propriedades apresentadas por esses materiais. A leveza, reduz a massa do veículo, isso implica em um menor consumo de combustível, o que também se traduz em menos emissões de escape. Além disso, as peças de plástico não são propensas à corrosão, oferecem flexibilidade e resiliência para maior segurança, têm muito bom isolamento térmico, reduzem o ruído e permitem uma utilização ideal do espaço.

A utilização de poliamidas reforçada com fibra de vidro na moldagem de peças de engenharia na indústria automotiva tem sido uma ótima alternativa na substituição de peças em metal, devido às ótimas propriedades mecânicas, à facilidade de moldagem de peças complexas, à boa estabilidade dimensional e às altas taxas de produção associadas ao baixo custo.

O Nylon é um polímero bem interessante, não? Conheça mais sobre a Engenharia de Materiais em nosso blog!!

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Referências