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ContenidoI. INTRODUCCIÓN..............................................................................................................................3
1.1 OBJETIVO GENERAL.............................................................................................................7
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.....................................................................................................7
1.3 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN.......................................................................................7
II. MARCO TEÓRICO...........................................................................................................................8
2.1 POLÍMEROS- POLIMERIZACIÓN...........................................................................................9
2.1.1 TIPOS DE POLIMERIZACIÓN......................................................................................11
2.2 PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS...................................................................................12
2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS.................................................................................13
2.3.1 TERMOPLÁSTICOS.............................................................................................................14
2.3.2 TERMOESTABLES..............................................................................................................18
2.3.3 ELASTÓMEROS - TIPOS....................................................................................................20
CAUCHO NATURAL..............................................................................................................23
CAUCHO SINTÉTICO............................................................................................................29
2.4 APLICACIONES DEL DE LOS POLIMEROS:........................................................................48
III. INGENIERIA DE PROCESOS........................................................................................................49
3.1 El caucho estireno-butadieno.................................................................................................50
3.1.1 Materias primas.....................................................................................................................50
3.1.2 Descripción del Proceso......................................................................................................50
3.1.3 Aplicaciones...........................................................................................................................57
3.2 El caucho poli cloropreno (neopreno)..................................................................................57
3.2.1 Materias primas....................................................................................................................57
3.2.2 Proceso general de fabricación del policloropreno...........................................................58
3.2.3 Aplicaciones...........................................................................................................................61
3.3 Caucho etileno-propileno.........................................................................................................66
3.3.1 Materias primas.....................................................................................................................66
3.3.2 Procesos de fabricación.......................................................................................................66
3.3.3 Aplicaciones...........................................................................................................................71
IV. CONCLUSIONES.......................................................................................................................73
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V. RECOMENDACIONES..................................................................................................................75
VI. REFERENCIALES......................................................................................................................77
ANEXO.............................................................................................................................................78
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I. INTRODUCCIÓN
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En 1879, Bouchardat creó una forma de caucho sintético, produciendo un polímero de
isopreno en un laboratorio.
El uso expandido de vehículos de motor, y particularmente de sus neumáticos, iniciado
en los años 1890s, creó un aumento en la demanda para el caucho.
En 1909, un equipo liderado por Fritz Hofmann, trabajando en el laboratorio Bayer en
Elberfeld, Alemania, también tuvo éxito en polimerizar el metil isopreno, el primer
caucho sintético. Metil isopreno es 2,3-dimetil-buta-1,3-dieno.
El científico ruso Serguéi Lébedev creó el primer polímero de caucho sintetizado a
partir del butadieno en 1910. Esta forma de caucho sintético proveyó las bases para la
primera producción comercial a gran escala, lo que ocurrió durante la Primera Guerra
Mundial como resultado de la escasez de caucho natural. Esta temprana forma de
caucho sintético fue nuevamente reemplazada con caucho natural después de terminar
la guerra, pero las investigaciones del caucho sintético continuaron.
El ruso americano Ivan Ostromislensky hizo una investigación sobre el caucho sintético
y un acople de monómeros a comienzos del siglo XX.
Problemas políticos que resultaron de grandes fluctuaciones en el costo del caucho
natural llevaron a la promulgación del Plan Stevenson en 1921. Esta acta
esencialmente creó un cartel el cual dio soporte a los precios del caucho mediante la
regulación de la producción, pero oferta insuficiente, especialmente debido a la
escasez de tiempos de guerra, y llevó también a una búsqueda de formas alternativas
del caucho sintético.
Cerca de 1925 el precio del caucho natural se había incrementado al punto de que
muchas compañías estuvieron explorando métodos de producir caucho sintético para
competir con el caucho natural. En los Estados Unidos, la investigación se enfocó en
diferentes materiales que en Europa, basándose en el temprano trabajo de laboratorio
de Nieuwland.
Estudios publicados en 1930 escritos independientemente por Lébedev, el
estadounidense Wallace Carothers y el científico alemán Hermann Staudinger llevaron
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en 1931 a uno de los primeros cauchos sintéticos exitosos, conocido como neopreno,
el cual fue desarrollado en DuPont bajo la dirección de E.K. Bolton. El neopreno es
altamente resistente al calor y productos químicos como el petróleo y la gasolina, y es
usado en mangueras de combustible y como un material aislante en maquinaria.
La compañía Thiokol aplicó su nombre a un tipo de caucho basado en 1,2-
dicloroetano el cual estaba comercialmente disponible en 1930.
La primera planta de caucho en Europa SK-1 (del ruso "Synthetic Kauchuk", caucho
sintético, СК-1) fue establecida en Rusia por Serguéi Vasílievich Lébedev
en Yaroslavl bajo el Primer Plan Quinquenal de la Unión Soviética de Iósif Stalin el 7 de
julio de 1932.
En 1935, químicos alemanes sintetizaron el primero de una serie de cauchos sintéticos
conocidos como Buna rubbers. Estos eran copolímeros, lo que significa que
los polímeros fueron hechos a partir de dos monómeros en secuencia alternada.
Otras marcas incluían a Koroseal, que Waldo Semon desarrolló en 1935, y Sovprene,
que crearon unos investigadores rusos en 1940.
El científico de B.F. Goodrich Company Waldo Semon desarrolló una versión nueva y
más barata de caucho sintético conocida como Ameripol en 1940. Ameripol hizo a la
producción de caucho sintético mucho más rentable, ayudando a las necesidades del
país durante la Segunda Guerra Mundial.
La producción de caucho sintético en los Estados Unidos se expandió de manera
importante en la Segunda Guerra Mundial, debido a que las potencias del Eje
controlaban casi todos los limitados suministros mundiales de caucho natural a
mediados de 1942, una vez que Japón conquistó Asia. Los camiones militares
necesitaban caucho para neumáticos, y el caucho era utilizado en casi todas las demás
máquinas de guerra. El gobierno estadounidense realizó un mayor (y en gran medida
secreto) esfuerzo para mejorar la producción de caucho sintético. Un gran equipo de
químicos de muchas instituciones estuvo involucrados, incluyendo a Calvin Souther
Fuller de los Laboratorios Bell. El caucho que diseñaron fue el GRS (Government
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Rubber Styrene, Caucho de Estireno del Gobierno), un copolímero del butadieno
y estireno, fue la base para la producción estadounidense de caucho sintético durante
la Segunda Guerra Mundial. Alrededor de 1944, un total de 50 fábricas lo estuvieron
manufacturando, obteniendo un volumen del material de dos veces la producción
mundial de caucho natural antes del comienzo de la guerra. Esto aún representa
alrededor de la mitad de la producción mundial total.
La Operación Pointblank bombardeó blancos de la Alemania nazi incluyendo la planta
de Schkopau (50K ton/año) y la planta de caucho sintético Hüls cerca de
Recklinghausen (30K, 17%), la planta de neumáticos y tubos Kölnische Gummifäden
Fabrik en Deutz en la orilla oriental del río Rin. La fábrica de caucho sintético
de Ferrara, Italia (cerca de un puente sobre el río) fue bombardeada el 23 de agosto de
1944. Otras tres instalaciones de caucho sintético estuvieron en
Ludwigshafen/Oppau (15K), Hannover/Limmer (reclamación, 20K), y Leverkusen(5K).
Una planta de caucho sintético en Oświęcim, Polonia, estuvo en construcción el 5 de
marzo de 1944.
Refinamientos adicionales al proceso de creación del caucho sintético continuaron
después de la guerra. La síntesis química del isopreno aceleró la reducción de la
necesidad del caucho natural, y la cantidad en tiempo de paz del caucho sintético
excedió la producción de caucho natural a principios de los años 1960s.
Actualmente el caucho sintético es utilizado en gran cantidad en la impresión textil. En
este caso es llamado goma de pegar. En la mayoría de los casos se utiliza dióxido de
titanio con copolimerización y materia volátil para producir tal caucho sintético para uso
textil. Además, este tipo de preparación puede ser considerada para ser la preparación
del pigmento basado en dióxido de titanio.
En 2005, cerca de 21 millones de toneladas de caucho fueron producidas, de las
cuales alrededor de 58% fue sintético.
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I.1 OBJETIVO GENERAL
Dar a conocer los sistemas de manufacturación de algunos tipos de caucho
sintético (Estireno butadieno-SBR, neopreno, etileno-propileno) Aplicaciones.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Detallar la materia prima para la obtención de los diferentes tipos de caucho
sintético.
2. Explicar los pasos a seguir para la manufacturación de los tipos de caucho
sintético seleccionados.
3. Indicar sus aplicaciones.
1.3 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN
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II. MARCO TEÓRICO
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2.1 POLÍMEROS- POLIMERIZACIÓN
Polímeros
Si analizamos la etimología de la palabra polímeros, esta proviene del griego
“Poly” que significa Muchos y “Mero” que significa parte, segmento; que en
conjunto significaría muchas partes o muchos segmentos.
Los polímeros se definen como macromoléculas (molécula grande) que está
compuestas o formadas por una o varias unidades químicas denominadas
monómeros que se repiten a lo largo de toda una cadena. Cuando hablamos de
polímeros, lo mejor en lo que podemos pensar es en una macromolécula, ya que
estos 2 términos se utilizan para designar las mismas estructuras químicas.
La parte básica de un polímero son los monómeros, los monómeros son las
unidades químicas (unidades estructurales) que se repiten (a veces bajo ciertos
patrones determinados) a lo largo de toda la cadena de un polímero. El termino
polímero designa una combinación de un número no especificado de
monómeros.
Por ejemplo el monómero del polietileno es el etileno, el cual se repite muchas
veces a lo largo de toda la cadena.
Polietileno = etileno-etileno-etileno-etileno-etileno-…
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Un polímero es como si uniésemos con un hilo muchas monedas perforadas por
el centro, al final obtenemos una cadena de monedas, en donde las monedas
serían los monómeros y la cadena con las monedas sería el polímero.
Cabe destacar que los polímeros pueden ser lineales, es decir, estar
conformados por una única cadena de monómeros, o en su defecto, la
mencionada cadena puede presentar ramificaciones de mayor o de menor
tamaño, asimismo, pueden darse entrecruzamientos provocados por el enlace
entre átomos de diferentes cadenas.
Según lo establecido por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada
(IUPAC), el principio general que rige a la hora de la denominación de los
polímeros es el empleo del prefijo “POLI” seguido de la unidad estructural
repetitiva, por ejemplo:
Polietileno, poliestireno, poliuretano, policloruro de vinilo, entre otros.
Un dato importante que se debe tener en cuenta es que erróneamente se suele
creer que los polímeros son plásticos, cosa que no es así, sin embargo, un
polímero puede ser un plástico, dependiendo tanto del concepto de plástico,
como de si es natural o sintético.
Existen un gran abanico de materiales cuya composición se basan en polímeros,
todos los plásticos, los recubrimientos de pintura, los adhesivos, los materiales
compuestos, etc. son ejemplos de materiales basados en polímeros que
utilizamos en nuestro día a día.
Polimerización
El polímero es un compuesto químico que posee una elevada masa molecular y
que es obtenido a través de un proceso de polimerización.
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La polimerización es el proceso o la reacción por la cual se unen varias
moléculas de un compuesto (los monómeros) que bajo determinadas
condiciones específicas de calor, luz o catalizadores se da la formación de una
cadena de múltiples eslabones de moléculas para así entonces obtener una
macromolécula llamada polímero.
Además el número de monómeros que se repiten en un polímero se llama grado
de polimerización; los materiales que tienen un alto grado de polimerización se
denominan altos polímeros.
II.1.1 TIPOS DE POLIMERIZACIÓN
Polimerización por condensación
En cada unión de los monómeros, moléculas más pequeñas, se pierde una
molécula pequeña, como consecuencia de esto la masa molecular del
polímero no será un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero.
Estos a su vez en función de la repetición o variedad de los monómeros se
dividen en homopolímero y copolímeros.
Homopolímero:
Se le denomina así al polímero que está formado por el mismo monómero a lo largo de toda su cadena, el polietileno, poliestireno o polipropileno son ejemplos de polímeros pertenecientes a esta familia.
Copolímero:
Se le denomina así al polímero que está formado por al menos 2 monómeros diferentes a lo largo de toda su cadena, el ABS o el SBR son ejemplos pertenecientes a esta familia.
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Polimerización por adición
En este caso sí la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la
masa molecular del monómero y suelen observar un proceso compuesto de
tres fases: iniciación, propagación y terminación.
2.2 PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS
Entre las propiedades que presentan los polímeros se encuentran:
Fotoconductividad, electrocromismo y fotoluminiscencia.
Entre las propiedades que definen las propiedades de los polímeros, las más
importantes son:
La temperatura de transición vítrea del polímero
El peso medio molecular del polímero
La temperatura de transición vítrea determina la temperatura en la cual el
polímero cambia radicalmente sus propiedades mecánicas, cuando la
temperatura de transición vítrea es ligeramente inferior a la temperatura
ambiente el polímero se comporta como un material elástico (elastómero),
cuando la temperatura de transición vítrea es superior a la temperatura ambiente
el polímero se comporta como un material rígido (termoestable).
Existen diferentes parámetros que miden las propiedades de los polímeros como
el radio de giro, la densidad del polímero, la distancia media entre las cadenas
poliméricas, la longitud del segmento cuasi-estático dentro de las cadenas
poliméricas, etc...
El peso molecular medio determina de manera directa tanto el tamaño del
polímero así como sus propiedades tanto químicas como mecánicas (viscosidad,
mojado, resistencia a la fluencia, resistencia a la abrasión…), polímeros con alto
peso molecular medio corresponden a materiales muy viscosos.
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2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS
La formación de las cadenas poliméricas se producen mediante las diferentes
poli reacciones que pueden ocurrir entre los monómeros, estas poli reacciones
se clasifican en:
Polimerización
Poli condensación
Poli adición
En función de la composición química, los polímeros pueden ser:
Polímeros inorgánicos: Como por ejemplo el vidrio
Polímeros orgánicos: Como por ejemplo los adhesivos de resina epoxi,
Los polímeros orgánicos se pueden clasificar a su vez en polímeros
naturales y polímeros sintéticos
En función a su origen, los polímeros pueden ser:
Polímeros naturales: Entre los más conocidos se encuentran las
proteínas (el ADN), la seda, el almidón y la celulosa.
Polímeros sintéticos: Aquí tenemos al polietileno, los materiales
termoestables, la baquelita y el nylon, etc.
En función de cómo se encuentren enlazadas o unidas (enlaces químicos o
fuerzas intermoleculares) y la disposición de las diferentes cadenas que
conforma el polímero, los materiales poliméricos resultantes se clasifican en:
Termoplásticos
Termoestables
Elastómeros
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2.3.1 TERMOPLÁSTICOS
Los materiales termoplásticos son aquellos materiales que están
formados por polímeros que se encuentran unidos mediante fuerzas
intermoleculares o fuerzas de Van der Waals, formando estructuras
lineales o ramificadas.
Un material termoplástico lo podemos asemejar a un conjunto de cuerdas
enredadas (entremezcladas) que tenemos encima de una mesa, cuanto
mayor sea el grado de enredo de las cuerdas mayor será el esfuerzo que
tendremos que realizar para separar las cuerdas unas de otras dado a
que el rozamiento que se produce entre cada una de las cuerdas ofrece
resistencia a separarlas, en este ejemplo las cuerdas representa a los
polímeros y el rozamiento representa las fuerzas intermoleculares que los
mantiene unidos.
*Estructura de tipos de polímeros.
Fuente: Tésis sobre plásticos, Universidad Central de Venezuela,2006
En función del grado de las fuerzas intermoleculares que se producen entre
las cadenas poliméricas, estas pueden adoptar dos tipos diferentes de
estructuras, estructuras amorfas o estructuras cristalinas, siendo posible la
existencia de ambas estructuras en un mismo material termoplástico.
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Estructura amorfa: Las cadenas poliméricas adquieren una
estructura liada, semejante a de la un ovillo de hilos desordenados,
dicha estructura amorfa es la responsable directa de las propiedades
elásticas de los materiales termoplásticos.
Estructura cristalina: Las cadenas poliméricas adquieren una
estructura ordenada y compacta, se pueden distinguir principalmente
estructuras con forma lamelar y con forma micelar. Dicha estructura
cristalina es la responsable directa de las propiedades mecánicas de
resistencia frente a esfuerzos o cargas así como la resistencia a las
temperaturas de los materiales termoplásticos.
Si el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros
con estructuras amorfas, dicho material presentará una pobre resistencia
frente a cargas pero una excelente elasticidad, si por el contrario el material
termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con una
estructura cristalina, el material presentará altas propiedades de resistencia y
esfuerzo frente a cargas incluso superando incluso a los materiales
termoestables, pero por otro lado presentará pobres propiedades elásticas
aportándole su característica de fragilidad en dichos materiales.
*Tipos de Estructuras Cristalinas
Fuente: Tésis sobre plásticos, Universidad Central de Venezuela, 2006.
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Características de los termoplásticos
Son rígidos
Gran estabilidad física y mecánica
Presentan resistencia al impacto
Es frágil
Tienen buena deformación plástica cuando son calentados, lo que permite
moldearlos fácilmente
Pasan por estado líquido al calentarse antes de pasar a estado gaseoso, es
decir, se pueden derretir
Son solubles en ciertos solventes
Pueden absorber algunos solventes y, cuándo lo hacen, se hinchan
Muy difíciles de soldar
Ofrecen buena resistencia a la deformación por fluencia (deformación irrecuperable)
Propiedades de los termoplásticos
Las propiedades del material de un polímero termoplástico pueden ajustarse
para satisfacer las necesidades de una aplicación específica mediante la mezcla
de la resina termoplástica con otros componentes.
Comportamiento Elástico: En los polímeros termoplásticos la deformación
elástica es el resultado de dos mecanismos. Un esfuerzo aplicado hace que se
estiren y distorsionen los enlaces covalentes de las cadenas, permitiendo que
estas se alarguen elásticamente. Al eliminar el esfuerzo se recuperan de esta
distorsión prácticamente de manera instantánea.
Comportamiento Plástico: Los polímeros termoplásticos se deforman
plásticamente cuando se excede al esfuerzo de cadencia. Sin embargo la
deformación plástica no es una consecuencia de movimiento de dislocación. En
lugar de eso las cadenas se estiran, se deslizan bajo la carga, causando una
deformación permanente.
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Viscoelasticidad: La capacidad de un esfuerzo para provocar el deslizamiento
de cadenas y la deformación plástica está relacionada con el tiempo y la rapidez
de deformación. Si el esfuerzo se aplica lentamente, las cadenas se deslizan
fácilmente una al lado de otra; si se aplica con rapidez, no ocurre deslizamiento y
el polímero se comporta de manera frágil.
Impacto: El comportamiento viscoelástico también ayuda a comprender las
propiedades al impacto de los polímeros. A muy altas velocidades de
deformación, como en una prueba de impacto, no hay tiempo suficiente para que
las cadenas se deslicen causando deformación plástica. En estas circunstancias,
los termoplásticos se comportan de manera frágil y tienen valores pobres al
impacto. A bajas temperaturas en un ensayo al impacto se observa el
comportamiento frágil en tanto que a temperaturas más elevadas donde las
cadenas se mueven con mayor facilidad, se observa un comportamiento más
dúctil.
Corrosión. El ataque por una diversidad de insectos y microbios es una forma
de corrosión en los polímeros. El polietileno, el propileno y el poliestireno son
resistentes a este tipo de corrosión.
Propiedades eléctricas: Los polímeros termoplásticos son materiales aislantes
pero algunos polímeros termoplásticos complejos como el acetal poseen una
conductividad térmica útil.
Ejemplos y aplicaciones de materiales termoplásticos
Polietileno de alta presión como material rígido aplicado para cubiertas de
máquinas eléctricas, tubos, etc.
Polietileno de baja presión como material elástico usado para el aislamiento
de cables eléctricos, etc.
Poliestireno aplicado para aislamiento eléctrico, empuñaduras de
herramientas y otros
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Poliamida usada para la fabricación de cuerdas, correas de transmisión, etc.
PVC o cloruro de polivinilo para la fabricación de materiales aislantes, tubos,
envases, etc.
2.3.2 TERMOESTABLES
Son también llamados termo fijos, están formados mediante calor y con o
sin presión, dando como resultado un producto que es permanentemente
duro .El calor primero ablanda al material, pero al añadirle más calor o
sustancias químicas especiales ,se endurecerá por un variación química
conocida como polimerización ,luego de esto no puede ser reblandecido.
La polimerización, es un proceso químico que da como resultado luego de
este la formación de un nuevo compuesto cuyo peso molecular viene a
ser un múltiplo de la sustancia de origen. Los procesos que se utilizaron
para plásticos termofraguantes incluyen compresión o moldeo de
transferencia, colado laminado e impregnado, así mismo algunos son
usados para las estructuras rígidas o flexibles de espumas.
Algunos plásticos termoestables o termo fijos son:
Baquelita: se le conoce con las siglas PF.
Se le conoce también con el nombre del FENOL - FORMALDEHÍDO y con
la denominación FENOPLASTOS. Fue uno de los primeros plásticos que
se obtuvieron. Consiste en un plástico oscuro, duro y frágil, de color
oscuro, brillante, con aspecto metálico. Esta es la razón por la cual, las
piezas de Baquelita se confunden a veces con piezas mecánicas, como
las empleadas en la fabricación de electrodomésticos y en la industria del
automóvil. Esta Baquelita tiene también propiedades aislantes por lo que
se emplea en la fabricación de elementos eléctricos y electrónicos:
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Interruptores, enchufes, placa de soporte para circuitos impresos. Como
no se ablanda por el calor y para aprovechar sus propiedades aislantes
tanto térmicas como eléctricas, la Baquelita también se emplea para
mangos de utensilios y aparatos sometidos al calor, aparatos de mandos
eléctricos, tapones, etc.
Politetrafluoretileno: Se le conoce con las siglas PTFE.
Consiste en un material blando flexible y tenaz, resistente a los productos
químicos, tiene una resistencia a la tracción de 15 - 35 N/mm2 y una
densidad de 2.2 g/cm3.Es capaz de resistir temperaturas de 300 °C
durante largos periodos casi sin sufrir modificaciones.
Se aplica en la fabricación de cojinetes secos, válvulas, revestimientos,
aislantes electrónicos, etc.
*Ejemplos de termostables y su estructura química
Baquelita Politetrafluoretileno
Fuente:Wikipedia.org,2014.
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2.3.3 ELASTÓMEROS - TIPOS
Elastómeros
Un elastómero es un material polimérico que exhibe elasticidad. De
acuerdo con las propiedades mecánicas, se tiene que los elastómeros
deben estirarse rápidamente bajo tensión, con poca pérdida de energía y
calor; cuando se liberan de la fuerza, deben recobrar sus dimensiones
originales por efecto del rebote; esta recuperación debe ser llevada a
cabo con la menor deformación.
Por lo anterior, para que un material sea elastómero debe ser un polímero
de alto peso molecular, debe poseer una alta movilidad segmental, una
alta temperatura de transición vítrea en el estado no estirado. Los
aspectos ya mencionados indican que sus fuerzas intermoleculares son
débiles además de que su estructura es flexible; por otro lado, para
garantizar la alta movilidad segmental, su estructura posee un mínimo
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grado de orden en el estado no estirado; y por último, para prevenir la
deformación permanente y para permitir la rápida retracción, sus cadenas
están permanentemente entrecruzadas.
Formulación de los elastómeros
Para la obtención de los elastómeros se utiliza como materia prima el
caucho, que es mezclado con ciertos compuestos y luego vulcanizado
para que presente las características que definen al elastómero,
mencionadas anteriormente. En la industria se seleccionan los
compuestos a mezclar con el caucho, de tal manera que modifiquen sus
propiedades a conveniencia y que permitan la reducción de los costos; a
ello se le denomina formulación.
Los materiales que se utilizan en las formulaciones de elastómeros se
citan a continuación:
-Cargas: Se añaden al elastómero para reforzar el producto vulcanizado;
la más común en la industria del caucho es el negro de humo.
-Ayudantes del procesamiento: Son agregados para modificar las
propiedades del caucho durante el proceso o una etapa específica del
mismo; entre ellos destacan los lubricantes y los plastificantes. Estos
últimos se utilizan cuando se desea incrementar la flexibilidad de la
mezcla; los más comunes son los aceites de hidrocarburos.
-Agentes vulcanizantes: Son materiales que promueven el enlace
espacial de las cadenas del caucho. Se utilizan, entre otros, el azufre (s),
peróxidos como el dicumil peróxido (DCP) y resinas fenólicas.
- Acelerantes: Son materiales que combinados con los agentes
vulcanizantes reducen el tiempo de vulcanización y mejoran las
propiedades físicas del producto.
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Los acelerantes se aplican de las siguientes formas:
Sistema de aceleración simple: Se basa en la aplicación de un acelerante
primario. Este se define como aquel cuya actividad produce un curado
satisfactorio en tiempos específicos.
Combinación de dos o más acelerantes:
Consiste en la aplicación del acelerante primario acompañado de un
acelerante con menor actividad llamado secundario. Se aplica en mayor
proporción el primario y la masa del secundario corresponde a un
aproximado de 10% a 20% de la masa total. Esta combinación consigue
crear un efecto sinergístico.
Acelerantes de acción retardada: No son afectados por la temperatura de
procesamiento, pero producen curados satisfactorios a temperaturas
ordinarias de vulcanización, de esta manera ofrecen una protección ante
el curado prematuro.
Con respecto a la actividad relativa de los acelerantes, entre los lentos se
tiene la anilina, entre los moderadamente rápidos, la difenilguanidina
(DPG) y la hexametilenotetramina, entre los rápidos el 2-
mercaptobenzotiazol (MBT) y el disulfuro de benzotiacilo (MBTS), y por
último, los ultraacelerantes, como el disulfuro de tetrametil tiuram (TMTD),
ditiocarbamatos y xantatos.
-Activadores de aceleración: Son sustancias que forman complejos con
los acelerantes, para activarlos, lo que conduce a obtener los máximos
beneficios del sistema por el incremento de la velocidad de vulcanización.
Los activadores están agrupados de la siguiente forma:
-Inorgánicos: Principalmente óxidos de metales como óxido de zinc,
además de cal hidratada, litargirio, óxido de plomo, óxido de magnesio, e
hidróxidos.
-Ácidos orgánicos: Normalmente son usados con óxidos metálicos, y son
por lo general ácidos monobásicos de alto peso molecular o mezclas de
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ácido esteárico, láurico, palmítico y mirístico, y aceites hidrogenados de
palma, castor, pescado y linaza.
-Sustancias alcalinas: Ejemplos de éstas son aminas, sales de aminas
con ácidos débiles; éstas incrementan la velocidad de curado a través del
incremento del pH del caucho.
-Agentes de resistencia al envejecimiento: Se incluyen todos los
agentes que ayudan a evitar la ruptura de las cadenas o alteraciones
químicas de las mismas, que producen el envejecimiento del caucho
vulcanizado. Un ejemplo de estos agentes son los antioxidantes.
-Ingredientes misceláneos: Entre ellos destacan los colorantes y los
agentes retardantes a la llama. Para la integración de los compuestos ya
mencionados, se utiliza comúnmente un molino de rodillos o un mezclador
interno tipo Banbury. En ambos equipos hay que tener en cuenta los
siguientes aspectos para producir un mezclado óptimo; en primer lugar,
para cada caucho existe un rango óptimo de temperatura de operación,
además es necesario incorporar los ingredientes en un orden específico.
Por otro lado, el mezclado se lleva a cabo por etapas y el tiempo de
duración de las mismas es importante controlarlo, al igual que se debe
controlar la temperatura final del proceso para evitar la vulcanización
prematura.
Dentro de los elastómeros tenemos a: El caucho natural y caucho
sintético.
TIPOS
CAUCHO NATURALEl caucho natural es un hidrocarburo que se encuentra en el látex de
ciertas variedades de árboles de las familias: Moráceas, Euforbiáceas,
Apocináceas y Asclepiadáceas. Mayormente el caucho es extraído de
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la especie Hevea Brasiliensis, perteneciente a la familia de las
Euforbiáceas, originario del Amazonas. Sur de América.
Obtención
Para extraer el caucho se hacen incisiones de forma diagonal y en
ángulo hacia abajo, aproximadamente entre 20 y 30 grados, en la
corteza del árbol. Dicho corte produce una suspensión acuosa,
llamada látex, de alrededor de 30-40 % de caucho seco. En la Figura
se muestra la naturaleza interna del caucho en donde se realizan las
incisiones, indicado los canales por donde circula el látex y las zonas
de la corteza y la madera del árbol.
*Naturaleza interna del caucho luego de las incisiones
Fuente: Friedenthal, E. (setiembre 1993). Curso de capacitación Industria y Tecnología del caucho, Universidad de Lima, pp. 23, Lima.
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El látex producto de cada corte es recogido aproximadamente durante
cuatro horas en un recipiente y suele ser de unos 30 ml. Luego de esto se
arranca un trozo de la corteza de la base del tronco y se tapa el corte con
el objetivo que se vuelva generar y se extraiga nuevamente. Por lo tanto
el látex líquido puede ser concentrado y vendido como Látex Natural,
coagulado y transformado en diversos grados de caucho seco. El
siguiente gráfico esquematiza el origen de los grados más importantes de
caucho natural.
* Composición del caucho
Fuente: Friedenthal, E. (setiembre 1993). Curso de capacitación Industria y Tecnología del caucho, Universidad de Lima, pp. 24, Lima.
Luego el látex desde el momento de su extracción es sometido a varias
operaciones con el fin de evitar su contaminación con hojas y ramas. Para
esto se coagula mediante calor o por acción de ácidos (que también hace
que las partículas en suspensión del caucho en el látex se aglutinen),
luego de esto se le hace pasar a través de rodillos para darle forma de
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capas de caucho de un espesor aproximado de 0.6 cm. y finalmente, se
seca al aire o con humo para su distribución.
*Grafica comercial para la extracción del caucho
Fuente:monografias.com,2013.
Propiedades Generales
El caucho natural es un polímero lineal que tiene como principal
monómero al Isopreno 2- metilbutadieno cuya fórmula química es C5H8 el
cual es un líquido de relativa volatilidad. En la figura se muestra la
composición química del caucho.
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*Composición química del caucho
Fuente: Friedenthal, E. (setiembre 1993). Curso de capacitación Industria y
Tecnología del caucho, Universidad de Lima, pp. 44, Lima.
La unión de los enlaces de los monómeros puede formar cadenas cortas y
largas, las cuales dependiendo de su variabilidad de tamaño explican la
viscosidad del caucho. A continuación se describirá a las principales
propiedades del caucho natural:
Resistencia mecánica:
El caucho natural es el que presenta más marcadamente el fenómeno de
cristalización, por tanto tiene una buena resistencia mecánica que
consiste en la resistencia contra todo tipo de rotura que puede ser
28
producida por fuerzas de tracción, torque, flexión, compresión, desgarre y
abrasión.
Histéresis:
Este caucho es un material viscoelástico, el cual consume energía y
retarda su deformación ante una fuerza. La histéresis está representada
por esa energía que no permite fácilmente la deformación del caucho. Es
importante indicar que a 200 º C el caucho natural es muy blando porque
sus soluciones son menos viscosas, por lo que a temperaturas entre 100
ºC y 150 ºC ya se puede procesar fácilmente.
Desgarramiento y fatiga:
La resistencia al desgarre por parte del caucho natural es buena. Esta se
mide haciendo un corte inicial a una probeta de caucho, luego se le
realiza un estiramiento donde se observa el grado de desgarre. La rotura
o crecimiento del corte (fatiga) inicial determinará la resistencia del caucho
natural.
Propiedades de fricción y desgaste:
El desgaste o abrasión del caucho se produce cuando éste es sometido a
una fricción contra una superficie que provoca el desprendimiento de
pequeñas partículas de caucho.
Otras consideraciones a tomar en cuenta es que el caucho es insoluble en
agua y a determinadas temperaturas tiene distintas características que
son las siguientes:
*Caracteristicas del caucho a determinadas temperaturas.
Fuente: http://es.encarta.msn.com/text 761556347/Caucho.html.Visitado en
Octubre 2006.
29
También cabe indicar dependiendo de la temperatura, la densidad del
caucho varía. A 0 º C la densidad es de 0.950 y a 20 º C es de 0.934.
Resiliencia: Esta es la medida de elasticidad ante la aplicación de
fuerzas dinámicas. En el caso del caucho, ésta es medida mediante la
aplicación de las fuerzas provenientes de péndulos que rebotan a
determinada altura sobre el caucho. La resilencia del caucho entonces
estará entendida como la relación de la elasticidad producida por el
choque de una fuerza proveniente de un péndulo a determinada altura.
CAUCHO SINTÉTICOViene a ser una sustancia obtenida artificialmente por reacciones
químicas conocidas como condensación o polimerización a partir de
determinados hidrocarburos insaturados.
El caucho sintético tiene como compuesto básico al monómero, el cual
forma moléculas grandes al ir entrelazándose con monómeros de su
mismo tipo.
Principales Tipos de Caucho Sintético
Con el correr del tiempo se han desarrollado numerosos tipos de caucho
con propiedades específicas, los cuales sirven para aplicaciones
especiales en la industria. A continuación se mencionará y se hará una
breve descripción de algunos tipos de caucho sintético utilizados en la
industria:
Caucho butílico: este es un copolímero de bajo nivel de instauración que
está formado por isobutileno e isopreno (aproximadamente 3% del
30
contenido total). Este copolimero es plástico, no tan flexible como el
caucho natural, resistente a la oxidación y a la acción de productos
corrosivos. A diferencia del caucho natural, el caucho butílico es difícil de
vulcanizar.
Coroseal: es un polímero conformado por monómeros de cloruro de
vinilo. Es un tipo de caucho que no se puede vulcanizar, pero tiene más
resistencia a la abrasión que el caucho natural siempre y cuando no se le
someta a altas temperaturas. El coroseal es resistente al calor, la
corrosión y la electricidad.
Tiocol: Es obtenido por copolimerización de dicloruro de etileno y
tetrasulfuro de sodio. No se deteriora en presencia de electricidad y la luz,
y es muy utilizado como aislante eléctrico. Su principal importancia se
debe a que puede trabajarse y vulcanizarse como el caucho natural.
Tenemos que otros cauchos sintéticos han sido formados con métodos de
polimerización parecidos a los anteriores, la única diferencia es que se
han reducido los costos y se ha mejorado la calidad del polímero al utilizar
el petróleo como aditivo durante la etapa de polimerización.
Polímeros de Butadieno: consta de un gas incoloro de olor parecido al
de la gasolina, producido en la destilación del petróleo y usado para la
fabricación de caucho sintético SBS. El caucho fabricado por la
polimerización de butadieno es duro y a temperatura ambiente tiene un
comportamiento elastométrico, mientras puede ser procesado como
plástico. Es difícil de tratar y presenta baja histéresis.
*Compuesto químico de un caucho sintético y tabla de tipos de cauchos
sintéticos.
31
Fuente:mundodellantas.blogspot.com,2012.
EL CAUCHO ESTIRENO-BUTADIENO (SBR)
El caucho estireno-butadieno, frecuentemente abreviado SBR (del inglés
Styrene-Butadiene Rubber) es un elastómero sintético obtenido mediante
la polimerización de una mezcla de estireno y de butadieno. Es el caucho
sintético con mayor volumen de producción mundial. Su principal
aplicación es en la fabricación de neumáticos.
Una de las ventajas era que su producción tenía una muy buena relación
costo-utilidad. El caucho sintético fue usado para disminuir el consumo de
las fuentes naturales de caucho, especialmente en el área de la
fabricación de neumáticos, que en ese momento aún consistían de
caucho sólido. Otros países comenzaron a copiar los esfuerzos y a la
década siguiente, muchas naciones desarrolladas estaban en el negocio
de la creación del SBR para ser usado en una variedad de productos.
32
Propiedades
Rangos de dureza disponible: Productos rígidos: 40 ShA - 90 ShA
Productos micro porosos: 10 ShA – 35 ShA
Mecánicas
Moderada resiliencia.
Excelente resistencia a la abrasión.
Moderada resistencia al desgarro.
Excelente resistencia al impacto.
Moderada resistencia a la flexión.
Físicas
Temperatura de servicio: –10 °C a 70 °C.
Baja resistencia a la intemperie (oxidación, ozono, luz solar).
Excelente resistencia eléctrica.
Muy baja permeabilidad a los gases.
Químicas
Buena resistencia al agua pero pobre resistencia al vapor de agua.
No poseen resistencia a los hidrocarburos (alifáticos, aromáticos,
clorados).
Baja resistencia a ácidos diluidos, menor aún en caso de mayor
concentración.
Baja resistencia a los aceites (animal y vegetal).
El butadieno
El 1,3-butadieno es un alqueno que se produce en la destilación del
petróleo. El 1,3-butadieno ocupa el lugar número 36 entre las sustancias
químicas de más alta producción en los EE. UU. Es un gas incoloro de
olor levemente parecido a la gasolina.
33
El nombre Butadieno también puede hacer referencia a su isómero, 1,2-
butadieno. Aunque su importancia es casi nula al lado del 1,3-butadieno.
Cerca del 75% del 1,3-butadieno que se manufactura se usa para fabricar
caucho sintético. El caucho sintético es usado extensamente en
neumáticos para automóviles y camiones. También se usa para fabricar
plásticos, entre los que se incluyen los acrílicos. La gasolina contiene
pequeñas cantidades de 1,3-butadieno.
Usos
La mayoría del butadieno se polimeriza para producir caucho sintético.
Mientras que el polibutadieno es en sí muy suave, casi líquido, los
copolímero preparados a partir de mezclas de butadieno con estireno y/o
de acrilonitrilo, tales como acrilonitrilo butadieno estireno (ABS),
acrilonitrilo-butadieno (NBR) y estireno-butadieno (SBR) son resistentes y
elásticos . SBR es el material más utilizado para la fabricación de
neumáticos de automóviles. Cantidades más pequeñas de butadieno se
utiliza para hacer el intermediario del nylon, adiponitrilo, mediante la
adición de una molécula de cianuro de hidrógeno a cada uno de los
dobles enlaces en un proceso llamado hidrocianación desarrollado por
DuPont. Otros materiales de caucho sintético como el cloropreno, y el
sulfolano solvente también son fabricados a partir de butadieno. El
butadieno se utiliza en la producción industrial de 4-vinilciclohexeno a
través de una reacción de dimerización de Diels Alder. El vinilciclohexeno
es una impureza común que se encuentra en el almacenamiento de
butadieno. El Ciclooctadieno y el ciclododecatrieno se producen a través
de reacciones dimerizadas y trimerizadas, catalizadas por níquel y titanio,
respectivamente. El Butadieno también es útil en la síntesis de ciclo
alcanos y ciclo alquenos, ya que reacciona con los dobles y los triples
enlaces través de la reacción de Diels-Alder.
34
Estireno
El estireno es un hidrocarburo aromático de fórmula C8H8, un anillo de
benceno con un sustituyente etileno, manufacturado por la industria
química. Este compuesto molecular se conoce también como vinil
benceno, etenilbenceno, cinameno o feniletileno. Es un líquido incoloro de
aroma dulce que se evapora fácilmente. A menudo contiene otros
productos químicos que le dan un aroma penetrante y desagradable.
El estireno es apolar, y por tanto se disuelve en algunos líquidos
orgánicos, pero no se disuelve muy fácilmente en agua. Se producen
millones de toneladas al año para fabricar productos tales como caucho,
plásticos, material aislante, cañerías, partes de automóviles, envases de
alimentos y revestimiento de alfombras.
La mayoría de estos productos contienen estireno en forma de una
cadena larga (poli estireno), además de estireno sin formar cadenas.
También aparecen bajos niveles de estireno en diferentes alimentos,
como frutas, hortalizas, nueces, bebidas y carnes.
Propiedades del Caucho SBR
Procesado
Salvo cuestiones de detalle o magnitud, los cauchos SBR se procesan en
los mismos equipos y del mismo modo que el Caucho Natural. La primer
diferencia radica en que requieren menos masticación inicial para un
adecuado procesamiento posterior (en algunos casos casi ninguno) de
modo que permiten un mayor rendimiento del equipo de mezclado. En
cambio requieren algo más de potencia y generan más calor durante el
mezclado. Dado que su viscosidad es más constante y menos sensible a
la masticación mecánica, permiten establecer condiciones de trabajo
35
normalizadas con menor riesgo de variación incluso frente a desviaciones
del procesamiento.
Otra diferencia que se puede establecer entre el SBR y el Caucho Natural
es el menor nivel de pegajosidad en crudo del primero. Si se requiere
aumentarla, se deberán utilizar resinas que favorezcan esta característica,
en tipo y cantidad acordes con las necesidades en proceso.
Debido a su mayor capacidad de carga (negro de humo), los SBR pueden
mezclarse con secuencia invertida (ciclo up-side down) en menor tiempo y
con óptima dispersión de mezclado.
Sus propiedades de extrusión son superiores a las del Caucho Natural por
tener menor tendencia a la prevulcanización (excepto que el nivel y tipo
de negro de humo influya más que el caucho en este aspecto).
Propiedades de ruptura
Ya hemos mencionado anteriormente que, debido a que su estructura
molecular no permite la cristalización, los cauchos SBR no tienen buenas
propiedades mecánicas por si solos y requieren altos volúmenes de carga
reforzante en los compuestos. El tamaño de partícula del negro de humo
empleado juega un papel importante en la carga de rotura de los
compuestos de caucho SBR. Los compuestos que contienen negros de
tamaño de partícula pequeño, dan los valores más altos en carga óptima;
con un exceso de negro de humo, más allá de un cierto nivel, la carga de
rotura comienza a decrecer.
Propiedades dinámicas
Las propiedades dinámicas del caucho SBR limitan su uso para
aplicaciones donde la generación de calor debido a solicitaciones cíclicas
36
es importante: debido a su gran fase plástica, los vulcanizados de SBR
tienen alta histéresis. Quizás este comportamiento sea la diferencia más
grande que, con respecto a las propiedades dinámicas, tenga el caucho
SBR con respecto al Natural.
Esta desventaja del SBR es crítica, cuando se trata de artículos de
goma de gran espesor, sometidos a esfuerzos repetitivos debido a la mala
conductividad térmica de la goma y a su consecuente ineficiencia en la
disipación de calor.
Ante el fenómeno de fatiga, el SBR tiene una gran resistencia al
agrietamiento pero falla en materia de crecimiento de grietas o cortes,
debido a sus relativamente bajas propiedades de ruptura. Todas estas
desventajas se pueden mejorar combinando las propiedades de los
diferentes cauchos en mezclas de SBR/NR, en proporciones que
dependen de los requisitos y condiciones de uso a que van a someterse
los compuestos.
Degradación
De los dos tipos de degradación se puede afirmar que el caucho SBR
aventaja al natural tanto en resistencia a la reversión como en resistencia
al ozono, y envejecimiento oxidativo en general.
Su resistencia al ozono le da mayor posibilidad de uso en artículos
expuestos a la intemperie cuando no hay razones que justifiquen el uso
de otro elastómero más resistente.
Abrasión
El caucho SBR tiene buena resistencia al desgaste, especialmente a
aquel que responda más a mecanismos de fatiga por rozamiento. En este
sentido se comporta mejor que el Caucho Natural y de ahí su adopción
casi universal en las bandas de rodamiento para neumáticos de
37
automóviles. (Su alta histéresis, que se manifiesta en una mayor
generación de calor, restringe su uso en cubiertas de vehículos pesados,
donde el espesor de la banda de rodamiento no permite como ya se dijo,
disipar el calor en prejuicio de la resistencia y duración del casco de la
cubierta).
Su resistencia a la abrasión se incrementa de acuerdo al tipo y cantidad
de negro de humo empleado y se puede mejorar notablemente si se
utiliza al SBR combinado con Caucho Polibutadieno en la formulación.
PRODUCCIÓN DE CAUCHO SBR - MÉTODOS DE PRODUCCIÓN DE
LAS MATERIAS PRIMAS
Obtención del Butadieno
Se obtiene principalmente a partir de los gases del petróleo según
diferentes procesos.
El primero se basa en el cracking térmico del petróleo, aumentando
la temperatura y disminuyendo la presión de manera de mejorar el
rendimiento de Butadieno como producto.
El más utilizado en la actualidad, se fundamenta en la des
hidrogenación catalítica del Butano o del Butileno. En el caso de
emplear butano se deshidrogena primero a butileno y después a
Butadieno:
38
En ambos casos el producto obtenido a de purificarse a través del
agregado de un agente de eliminación que forma una mezcla de
ebullición constante con el Butadieno disminuyendo la volatilidad
de este último respecto de sus impurezas. Este método permite
obtener un producto con un 99% de pureza. No obstante la
extracción por disolvente parece ser el método con mejor
rendimiento. El disolvente utilizado en esta técnica es el furfural.
o Es posible también, obtener Butadieno a partir de alcohol
etílico por medio de la conversión catalítica:
o
El proceso europeo utiliza acetaldehído como materia
prima, el cual forma Aldol y por hidrogenación se
obtiene el 1,3-butileno glicol que por deshidratación
de butadieno.
El proceso americano fabrica butadieno partiendo de
alcohol etílico. El alcohol se oxida catalíticamente a
acetaldehído, y éste reacciona en caliente con más
alcohol en presencia de un catalizador para formar el
butadieno:
39
Obtención del Estireno
También llamado vinil benceno, se prepara a partir del benceno y
acetileno mediante la reacción de Friedel-Crafts. El etilbenceno obtenido
se deshidrogena por su mezcla con vapor a 800 ºC, en presencia de un
catalizador de bauxita:
DIFERENCIAS ENTRE EL CAUCHO SBR Y EL CAUCHO NATURAL
A continuación se verá la comparación entre el caucho SBR y el caucho natural:
SBR es inferior a la goma natural para procesado, resistencia a la tracción y
a la rotura, adherencia y calentamiento interno.
SBR es superior en permeabilidad, envejecimiento, y resistencia al calor y
desgaste.
La vulcanización de SBR requiere menos azufre, pero más acelerador.
El efecto reforzador del negro de carbón es mucho más pronunciado sobre
SBR que sobre goma natural.
Para uso en neumáticos, SBR es mejor para vehículos de pasajeros, en tanto
que la goma natural es preferible para vehículos utilitarios y autobuses.
Las SBR extendidas con aceite se usan principalmente para fabricación de
neumáticos, correas cintas transportadoras, etc.) y suelas de zapatos; las
mezclas maestras de SBR se emplean en la producción en masa de
cubiertas de neumáticos.
CUADRO COMPARATIVO
40
Propiedades Caucho Natural SBR
Rango de Dureza 20-90 40-90
Resistencia a la rotura Buena Regular
Resistencia abrasiva Excelente Buena
Resistencia a la compresión Buena Excelente
Permeabilidad a los gases Regular Regular
CAUCHO NEOPRENO
Es un polímero conformado por el monómero cloropreno que tiene
como materias primas al etino y al ácido clorhídrico. Tiene como
principal propiedad a la resistencia al calor y a productos químicos
como aceites y petróleos. Actúa como aislante en cables y
maquinarias.
Síntesis
El policloropreno se obtiene a partir del monómero cloropreno. Los
cauchos de policloropreno se obtienen por polimerización en emulsión.
La polimerización por emulsión del cloropreno supone la dispersión de
gotas del monómero en fase acuosa usando agentes tensoactivos
41
adecuados (normalmente jabones de colofonia), generalmente a pH
entre 10 y 12. La polimerización se inicia mediante la adición de un
catalizador que contiene radicales libres (persulfatos). La adición de
persulfatos se va regulando a lo largo del proceso de forma que la
conversión del monómero muestre una variación lineal en función del
tiempo
Durante la elaboración del policloropreno se puede modificar el peso
molecular del polímero mediante la adición de azufre o mercaptanos. En
el caso del azufre, se añade al monómero al principio del proceso, antes
incluso de ser emulsionado. El azufre actúa como comonómero dando
lugar a un polímero de peso molecular muy elevado, parcialmente
entrecruzado, insoluble.
El cloropreno tiene dos enlaces dobles, por lo que se lo llama dieno. El
policloropreno tiene características similares a las de otros polímeros
dieno, como el poliisopreno y el polibutadieno.
Síntesis del cloropreno
Cloropreno es el nombre común para el compuesto orgánico 2-clorobuta-
1,3-dieno, de fórmula CH2=CCl-CH=CH2.
Cloropreno se produce en tres etapas a partir del 1,3-butadieno: cloración,
isomerización de parte del producto y deshidrocloración de 3,4-dicloro-1-
buteno.
42
Cloración: La cloración del butadieno conduce a una mezcla en equilibrio
de 3,4-dicloro-1-buteno y los isómeros cis y trans del 1,4-dicloro-2-buteno.
Isomerización: Cuando se pretende que los diclorobutadienos sean
tratados por deshidrohalogenación para generar 2-clorobutadieno, el 1,4-
dicloro-2-buteno debe ser isomerizado a 3,4-diclorobuteno, para lo cual se
utiliza cobre metálico o cloruro cuproso, que actúan como catalizadores
de la reacción de isomerización.
Deshidrohalogenación: El último paso es la deshidrocloración del 3,4-
dicloro-1-buteno produciéndose cloropreno o clorobutadieno con un
excelente rendimiento.
Esta deshidrohalogenación implica la pérdida de un átomo de hidrógeno
en la posición 3 y el átomo de cloro en la posición 4 formando un doble
enlace entre los carbonos 3 y 4. En 1983, aproximadamente 2.000.000 kg
se produjeron de esta manera. La principal impureza del cloropreno
43
preparado de esta manera es 1-clorobuta-1,3-dieno, que suele ser
separados por destilación
Hasta la década de 1960, la producción de cloropreno fue dominado por
el proceso de acetileno, que fue modelado después de la síntesis original
del vinilacetileno. En este proceso, el acetileno es dimerizado para dar
acetileno de vinilo, que se combina con el cloruro de hidrógeno para
producir 4-cloro-1,2-butadieno, que en presencia de cloruro cuproso, se
reorganiza dando 2-clorobuta-1,3-dieno:
1. Este proceso tiene altos costos de inversión y energéticos. Por otra
parte, el acetileno de vinilo intermedio es inestable Este proceso de
acetileno ha sido reemplazado por un proceso que añade Cl2 a uno
de los dobles enlaces en 1,3-butadieno y su posterior eliminación
produce HCl, así como el cloropreno.
Vulcanización
La vulcanización del caucho neopreno o policloropreno (caucho
CR) se lleva a cabo usando óxidos de metal (concretamente MgO y
ZnO, y en ocasiones PbO) preferentemente en vez de los
compuestos de azufre que son usados con muchos cauchos
naturales y sintéticos. Además, debido a otros factores de su
procesado (principalmente el scorch, que es el prematuro
entrecruzamiento en las gomas por la influencia del calor), la
elección del acelerante se rige por reglas diferentes a otros
cauchos dienos. Los acelerantes más convencionalmente usados
son problemáticos cuando los cauchos CR son curados y el
acelerante más importante es la Etilentiourea (ETU)
44
Caracteristicas
El neopreno es incoloro y con un color parecido al del éter.
Las principales características del polímero son:
- Resistencia a la degradación a causa del sol, el ozono y el clima.
- Buena resistencia al envejecimiento
- Presenta resistencia aceptable a solventes y agentes químicos.
- Es resistente a daños causados por la flexión y la torsión.
- Adhesión a muchos sustratos (adhesivos)
Las características de los polímeros en general son afectadas por la
vulcanización de estos.
La estructura del polímero puede ser modificada por copolimerización del
cloropreno con azufre ó con 2,3-dicloro-1,3-butadieno.
Existen dos tipos principales de neopreno
-neopreno industrial: Es el que se utiliza en la fabricación de ruedas de
automóvil, juntas tóricas, juntas de coches, etc...
- neopreno celular: Que es el de los trajes de buceo.
PROPIEDADES FÍSICAS:
Monómero (Cloropreno) Formula: -C4H5Cl-
Peso Molécular: 88,5365
Punto de Ebullición: 59,4°C
Punto de Fusión: -130°C
Punto de Flash: -156°C
Solubilidad en Agua: 0.002115 gr./ml
Composición Elemental: Carbono 54,26% Hidrógeno: 5,69% Cloro:
40,04%
45
Policloropreno
Polímero no vulcanizado
Densidad: 1230 Kg./m3
Temperatura de Cristalización: 228 K
Temperatura de Fusión: 328-351 K
Capacidad Calorífica: 2,2 kJ/8Kg.K)
Compresibilidad: 480 x 10-12 Pa-1
Índice de Refracción: 1.558
Calor de Fusión: 95 x 10-3 J/Kg.
Coeficiente de Expansión: 600 x 10-6 k-1
Polímero Vulcanizado
Densidad: 1420 Kg./m3
Temperatura de Cristalización: 228 K
Compresibilidad: 360 x 10-12 Pa-1
Capacidad Calorífica: 2,2 kJ/8Kg.K)
Conductividad Térmica: 0,192 W/(m-k)
Constante Dieléctrica: 6,5 – 8,1 Hz
Conductividad: 3 a 1400 pS/m
Elongación Máxima: 800 – 1000 %
Resistencia Ténsil: 25 – 38 MPa
Caucho etileno-propileno
1. Propiedades y características
Los cauchos de etileno-propileno se destacan por su resistencia al calor,
46
oxidación, ozono y a la intemperie debido a su estructura polimérica de cadena
saturada. Como elastómeros no polares, tienen buena resistividad eléctrica y
resistencia a solventes polares, como agua, ácidos, álcalis, ésteres fosfatados y
muchas cetonas y alcoholes. Los grados amorfos o de baja cristalinidad tienen
excelente flexibilidad a baja temperatura con una temperatura de transición
vítrea de -60°C.
Resistencias al agrietamiento por calor a temperaturas de 130°C pueden ser
obtenidas mediante sistemas de vulcanización con azufre y resistencias al calor
de hasta 160°C pueden obtenerse mediante cura con sistemas de peróxido. La
resistencia a la compresión es buena, particularmente a altas temperaturas, si
son utilizados sistemas de curado basados en azufre o peróxidos.
Estos polímeros responden de forma aceptable incluso con altas cargas de
relleno y plastificante disminuyendo su precio. Estos incluso pueden desarrollar
alta resistencia al desgarro y a la tracción, excelente resistencia a la abrasión,
como así también, se ve mejorada su resistencia al hinchamiento por aceite y su
retardo a la llama.
Propiedades generales de los elastómeros de etileno-propileno
Propiedades del polímero ValorViscosidad Mooney ML 1+4 @ 125°C
5-200+
Contenido de etileno 45 a 80% en pesoContenido de dieno 0 a 15% en pesoDensidad 0,86 a 0,87g / cm3
Propiedades vulcanizado ValorDureza (Shore A) 30 a 95Resistencia a la tracción 7 a 21MPaElongación 100 a 600%Compresión 20 a 60%Temperatura de trabajo -50 a 160°CResistencia al desgarro Mediana a buenaResistencia a la abrasión Buena a excelenteElasticidad Mediana a buenaPropiedades eléctricas Excelentes
47
Los rangos pueden ser mayores dependiendo la composición. No todas las
propiedades pueden lograrse en un mismo compuesto.
Estructura y síntesis química
Los cauchos de etileno-propileno son sintetizados tanto en bloques o a partir de
monómeros como los polímeros termoplásticos polipropileno y polietileno. El etileno y el
propileno son combinados al azar para producir polímeros elásticos y estables. Una
amplia familia de elastómeros de etileno-propileno pueden ser producidos alcanzando
desde estructuras amorfas no cristalinas hasta semi-cristalinas dependiendo de la
composición del polímero y de cómo son combinados. Estos polímeros también son
producidos en un amplio rango de viscosidades Mooney (o pesos moleculares).
El etileno y el propileno se combinan para formar un polímero de cadena carbonada
saturada, químicamente estable generando una excelente resistencia al calor, a la
oxidación, al ozono, y a la intemperie. Un tercer monómero dieno no conjugado puede
ser terpolimerizado de forma controlada para mantener la cadena saturada y una zona
reactiva no saturada a un lado de la cadena principal susceptible de sufrir vulcanización
o modificación química del polímero. Los terpolímero son denominados EPDM (etileno-
propileno-dieno con la M haciendo referencia a la estructura de cadena saturada). El
copolímero etileno-propileno se denomina EPM.
Estructura química del EPDM con ENB
Hay dos clases de terpolímero comúnmente utilizados, principalmente el etiliden
norboneno (ENB) seguido de diciclopentadieno (DCPD). Cada dieno se incorpora con
una diferente tendencia para introducir una larga cadena ramificada o polímeros con
cadenas laterales que influyen en el procesado y el grado de curado por vulcanización
con azufre o peróxido. Una diferencia importante que introduce el dieno es la
posibilidad de un centro reactivo propicio para la vulcanización con azufre a diferencia
48
del EPM que no puede ser vulcanizado con azufre por carecer de insaturaciones en su
cadena carbonada.
Tabla de comparación según el dieno utilizados
Dieno Cura Propiedades obtenidas
Cadenas largas ramificadas
ENB Rápido y alto grado de curado
Buena resistencia a la tracción y compresión
De media a baja
DCPD Lento curado con azufre
Buena resistencia a la compresión
Elevada
Otro tercer monómeros utilizado, aunque menos frecuente es el vinil norborneno (VNB).
Los dienos, por lo general comprenden desde el 2,5% hasta un 12% en peso de la
composición, sirven como enlaces cruzados para el curado con azufre y funcionan
como un coagente en el curado con peróxidos.
Catalizadores especiales son utilizados para polimerizar los monómeros en estructuras
poliméricas controladas. Desde un comienzo, en los elastómeros de etileno-propileno,
han sido utilizadas una familia de catalizadores denominados de Ziegler-Natta. Las
mejoras en los catalizadores y procesos dieron como resultado el incremento de la
productividad manteniendo la estructura del polímero. Estos catalizadores se forman in
situ por reacción de las sales de vanadio y haluros de alquilo-aluminio. Más
recientemente, una nueva familia de catalizadores, denominadas metaloceno, fue
desarrollada y utilizada en la producción comercial de elastómeros de etileno-propileno.
2.4 APLICACIONES DEL DE LOS POLIMEROS:
Revestimientos
Adhesivos
Materiales estructurales
Materiales de ingeniería
Envasados
49
Ropa
Baterías
Conductores
Deportes
Biomedicina
Materiales con óptica no lineal
electroluminiscencia
50
III. INGENIERIA DE PROCESOS
3.1 El caucho estireno-butadieno
La tabla que se encuentra a continuación posee las materias primas necesarias
para producir un Caucho SBR de la serie 1500.
3.1.1 Materias primas
Productos Partes en peso
Butadieno 72
Estireno 28
Agua 18.0
jabón de ácidos grasos 4,5
otro emulsificante 0,3
dodecil mercaptano 0,2
hidróxido de p-mentano 0,63
Sulfato ferroso 0,01
51
Sulfoxilato de sodio 0,05
3.1.2 Descripción del Proceso
Procesos de Emulsión en Frío
Esta es la técnica más usada, y representa el 90% de la capacidad de
producción mundial. Todos los procesos son continuos y generalmente están
altamente automatizados. Tienen la capacidad de producir muchos tipos de
SBR. Cada instalación posee cuatro secciones:
Preparación de reactivos
Polimerización.
Recuperación de monómeros.
Coagulación y secado de goma.
Preparación de reactivos
Los monómeros son tratados con soda cáustica en tanques agitados para
remover los inhibidores de polimerización usados para el transporte y
almacenamiento de monómeros. A continuación los efluentes son lavados con
agua para remover cualquier vestigio de cáustica. Los dos monómeros, parte de
los cuales representa la corriente de reciclaje luego de la reacción, son
mezclados en proporciones en peso de butadieno/estireno de 3 a 1.
Se usan tanques de peso y de preparación para preparar las diferentes
emulsiones y soluciones requeridas para las secciones de reacción o bien de
acabado del producto.
Solución de jabón
52
Este es usado como provisión emulsificadora. Su composición depende del tipo
de producto final deseado. Usualmente es una solución de jabón de ácidos
grasos o sales ácidas carboxílicas, tales como ácido versático o ácido benzoico.
Iniciador
Todos los procesos usan sistemas redox. Como agente reductor frecuentemente
se utiliza sulfoxilato de sodio. El agente oxidante es hidroperóxido de cumeno o,
preferentemente, hidroperóxido de paramentano, que permite velocidades de
reacción mayores, dada su capacidad para descomponerse rápidamente. El
quelatante es sulfato ferroso.
Terminación abrupta
En la abrumadora mayoría de los casos, la conversión de monómeros es menor
del 65%, dado que la elevada conversión causa una transformación parcial del
polímero en gel. Para garantizar una calidad uniforme del producto, la reacción
se detiene apenas se alcanza la conversión deseada. Se usan varios inhibidores
en solución, tales como dimetilditiocarbamato de sodio.
Estabilizadores
Estos son emulsiones que se agregan al látex antes de la coagulación para
prevenir la degradación por oxidación y el entrecuzamiento del polímero durante
las operaciones de acabado y almacenamiento. Se usan varios estabilizadores,
incluyendo N-fenil alfa-naftilamina (Neozona D, PBNA, 2246, o Ac-5 ).
Coagulantes
La polimerización genera un látex, es decir una masa viscosa en emulsión. Si se
desea un elastómero sólido, el látex debe ser coagulado mediante el agregado
53
de sustancias químicas. El coagulante principal es una solución de cloruro de
sodio conteniendo ácido sulfúrico.
Reguladores del peso molecular
El peso molecular del producto final se regula mediante mercaptanos como
dodecil mercaptano, que ayuda a limitar el peso molecular originando
transferencias de cadenas.
Reacción de polimerización
La reacción transcurre en una serie de reactores agitados, a una temperatura de
5ºC y una presión de 1 a 4 bares para mantener el butadieno en estado líquido.
El tiempo de polimerización es de 10h.
Cada reactor, con una capacidad de 15 a 20 m3, se mantiene en una atmósfera
inerte para evitar cualquier entrecruzamiento. Estos reactores cuentan con una
camisa externa, y están equipados con una bomba de circulación de salmuera
fría (amoníaco). Una instalación con una capacidad de producción de 40.000
t/año de polímero seco requiere diez reactores en serie.
La emulsión pasa a través de cada reactor en flujo ascendente durante 1 h antes
de pasar al reactor siguiente. Por lo tanto, para la conversión total del 60%, la
conversión de monómero por reactor deberá ser del 6%.Se introduce una
solución de dodecil mercaptán en el reactor final para detener la polimerización.
Se usa un aditivo como hidrazina o un derivado de la hidroxilamina para evitar la
formación de espuma (‘palomitas de maíz') cuando el látex es calentado.
El látex se bombea a un tanque de amortiguamiento mantenido a una presión de
4 bares a 50ºC por inyección abierta de vapor.
Recuperación de monómeros
54
El 40% de los monómeros no reaccionante debe ser recuperado y a
continuación, reciclado.
El butadieno es vaporizado en dos tanques de acción rápida en serie. Los
últimos
restos de butadieno son removidos por medio de una bomba de vacío. Este es
enfriado, recomprimido, y luego enviado a un decantador, donde se separa del
agua. A continuación es bombeado a un tanque de almacenamiento en
presencia de un inhibidor.
El látex libre de butadieno es bombeado a una columna de bandejas en la base
de la cual se inyecta vapor (5 bares) para desalojar el monómero de estireno.
Este es enfriado y enviado a un tanque de decantación, donde se separa del
agua arrastrada. Luego es bombeado al tanque de almacenamiento.
Coagulación y secado
El látex que abandona el fondo de la columna es enfriado y luego almacenado
en tanques de homogeneización (volumen unitario 800 m3 ). El número de estos
tanques depende del rango de gradaciones de SBR que la unidad debe producir
(generalmente entre tres y seis). El antioxidante N-fenil alfa-naftilamina
(aproximadamente 1% en peso) se agrega al látex, el que entonces se coagula
por el agregado sucesivo de sal y ácido sulfúrico diluido. Rompiendo la emulsión,
el ácido permite al copolímero precipitar en forma de migajas, las que se
enjuagan con agua para remover impurezas inorgánicas.A continuación el
polímero, que contiene aproximadamente 50% de agua, es secado (horno de
túnel) y prensado en forma de fardos de 40 kg
55
Pr ocesos de
polimerización en solución
Estos procesos representan el 10% de la capacidad mundial, y se usan en
algunos países además del proceso de emulsión. El método de solución ofrece
la ventaja de una gran flexibilidad, dado que permite la producción de SBR o
polibutadieno mediante el uso de iniciadores con base de litio. Sin embargo, las
gradaciones de SBR de los procesos en solución son más difíciles de procesar
que los polímeros de procesos en emulsión, dificultando su uso en neumáticos.
Las capacidades por línea van de 25.000 a 30.000 t/año. Estos procesos, que
son muy similares al proceso de polimerización de butadieno en solución, son
adecuados para capacidades de hasta 100.000 t/año.
Algunos puntos importantes:
1. El iniciador es butilo de litio.
56
2. El solvente es un hidrocarburo como el hexano. La proporción de pesos
solvente/monómero es de 8. Esto produce un polímero más viscoso hacia
el final de la reacción, en tanto que asegura adecuada agitación del
reactor y una buena transferencia de calor. Una concentración de
monómero más elevada en el solvente ayudaría a incrementar la
velocidad de polimerización y a reducir el número de reactores, pero
exigiría mayor área de intercambio de calor y limitaría el peso molecular
del monómero, dada la alta viscosidad del medio reactivo.
3. Los reactores son de acero vitrificado, encamisado y equipado con un
agitador de turbina.
4. La reacción de polimerización tiene lugar a 1,5 bares y 50ºC. El tiempo de
la reacción es de 4h para una conversión de un 98%.
5. El sistema de purificación por remoción por golpe y vapor debería servir
para obtener el máximo de recuperación de hexano, y también para
concentrar la SBR de la pasta (la pasta es la solución de polímero
concentrada del 10 al 15%).
6. Las operaciones de acabado son las mismas que aquellas descriptas
para el caso del proceso de emulsión.
Solución-SBR es producida por un proceso de polimerización aniónica. La
polimerización se inicia por los compuestos de alquil-litio. Queda estrictamente
excluido del Agua. El proceso es homogéneo, que proporciona un mayor control
sobre el proceso, permitiendo adaptación del polímero. El compuesto de
organolitio se suma a uno de los monómeros, la generación de un carbanión que
luego se suma a otro monómero, y así sucesivamente. En relación con E-SBR,
S-SBR se favorece cada vez más, ya que ofrece un mejor agarre en mojado y la
resistencia al rodamiento, que se traduce en una mayor seguridad y una mejor
economía de combustible, respectivamente.
57
1. Propiedades Emulsión en Frío Solución
Resistencia a la tensión (Kg/cm2)
211 227
Elongación a la rotura (%) 380 470
Módulo (300%) (Kg/cm2) 155 137
Resistencia al desgarro (lb/in a 20ºC)
320 310
3.1.3 Aplicaciones
El elastómero se utiliza ampliamente en los neumáticos, tacones y suelas de
calzado, juntas y gomas de mascar, incluso. Se trata de un material de la
materia que compite con el caucho natural. Látex SBR se utiliza ampliamente en
los papeles estucados, siendo una de las resinas más rentables para enlazar
recubrimientos pigmentados. También se utiliza en aplicaciones de construcción,
como un agente de sellado y de unión hace que detrás como una alternativa a
PVA, pero es más costoso. En la última aplicación, que ofrece una mayor
durabilidad, menor contracción y mayor flexibilidad, además de ser resistente a
la emulsificación en condiciones de humedad. SBR se puede utilizar para
"tanque" habitaciones o superficies húmedas, un proceso en el que el caucho se
pinta sobre toda la superficie la formación de un revestimiento a prueba de
humedad continua, sin fisuras; un ejemplo típico sería un sótano.
Adicionalmente, se utiliza en algunas tablas de cortar de goma.
58
3.2 El caucho poli cloropreno (neopreno)
La tabla muestra la formulación del caucho utilizado
3.2.1 Materias primas
3.2.2 Proceso general de fabricación del policloropreno
Los polímeros de neopreno son principalmente fabricados
usando polimerización por emulsión en reactores batch y el
polímero es aislado mediante procedimientos de secado en frío. La
polimerización del cloropreno involucra los mismos pasos que la
polimerización por emulsión de otros monómeros de dienos,
principalmente:
Emulsificación
Iniciación y catálisis
Transferencia de calor
Conversión del monómero
Recuperación del monómero
Aislamiento del monómero
Componentes Partes por cien de caucho(ppcc)
- SBR1620 57.28- SBR1502 14.14- HSB1904 28.57- Acido silícico precipitado 20.08- Resina de cumarona-
hidrocarburo2.83
- Azufre aceitado 1.41- N-ciclohexil-2-benzotiazol-
sulfenamida0.96
- Disulfuro de tetrametil tiuram 0.13- Acido esteárico 0.62- Óxido de zinc 3.11- Polietilenglicol(pm 4000) 0.92- Antioxidante fenólico 0.64
59
Emulsificación
Se disuelven cantidades apropiadas de azufre en el cloropreno y la
solución se emulsiona en una fase acuosa que contiene hidróxido de
sodio y la sal de sodio producto de la condensación del ácido
naftalensulfonico. Las dos fases liquidas son emulsionadas mediante
recirculación a través de una bomba centrífuga, con el objetivo de
darle a las partículas un tamaño de 3 micrómetros de diámetro.
Los emulsificantes más usados en la polimerización del cloropreno
son:
ácidos del tipo de alquil sulfato o alquil sulfonato,
jabones catiónicos como el bromato de cetilpiridinio.
La elección del surfactante depende del tipo de proceso de
polimerización que se desee como también de la disponibilidad del
surfactante o dependiente también de factores económicos.
Polimerización
Cuando se ha completado la emulsión, le mezcla se lleva al polimerizador,
el cual está enchaquetado y con agitación. La polimerización se inicia con
una solución acuosa de persulfonato de potasio. La temperatura se
mantiene a 40 °C mediante recirculación de salmuera y control en la
velocidad de agitación.
La conversión del monómero es seguida mediante la medición de
la densidad de la emulsión. La polimerización se detiene al 91% de
conversión (densidad de 1,069 kg/l) añadiendo una solución
de xileno y disulfuro de tetraetiltiurano (un plastificante y estabilizador).
La estructura conjugada del cloropreno es altamente reactiva a un ataque
con radicales libres debido a la influencia del átomo de cloro, altamente
electronegativo, lo cual facilita la adición de radicales al monómero. De
60
hecho, la molécula de cloropreno es mucho más reactiva que otras
moléculas de dieno u olefinas que prefieren formar isómeros. La
polimerización del cloropreno es exotérmica con un calor de reacción de
62,8 a 75,3 kJ/mol.
En una polimerización en emulsión, las esferas de monómero son
dispersadas en una fase acuosa por medio de la superficie de algún
surfactante, generalmente el medio se encuentra a pH 10 – 12.
La polimerización es iniciada por medio un catalizador de radicales libres
y la reacción ocurre de manera isotérmica generalmente a -20 – 50 °C,
hasta que se alcanza la conversión deseada del monómero. Esta
conversión deseada se determina midiendo el incremento en la gravedad
específica de la emulsión contra alguna correlación empírica de gs vs
conversión.
La polimerización se detiene destruyendo los radicales libres presentes
por medio de la adición de un estabilizante de acción rápida. Luego de
remover el monómero que no ha reaccionado, el polímero es asilado
desestabilizando el sistema coloidal, separando la fase acuosa y secando
el polímero. La distribución de pesos moleculares del polímero varía al
incrementar la conversión de la reacción.
Separación del producto
La emulsión se pasa por un filtro de vapor para recoger el monómero que
no ha reaccionado y se enfría entonces a 20 °C, esta temperatura se
mantiene durante 8 horas con el fin de estabilizar el polímero
(plastificación). Luego el látex alcalino se acidifica a un pH de 5,5 – 5,8.
Esto termina la acción plastificadora del disulfuro de tiurano, preparando
el látex para el aislamiento del polímero.
El neopreno es aislado del látex mediante un procedimiento
de coagulación continua de la película de polímero seguida de un lavado y
un secado. El polímero seco es seccionado en tiras continuas y
61
empacado. El éxito de este proceso depende de lograr la completa
coagulación del látex en unos pocos segundos a una temperatura de
entre -10 °C y -15 °C, lo cual le proporciona a la película suficiente
resistencia para soportar el lavado y el secado.
La principal innovación ha sido probablemente el desarrollo de procesos
de polimerización continua, lo cual tiene influencias significativas en el
costo de fabricación. En plantas de producción múltiple es preferible usar
un proceso por lotes.
ESQUEMA DE PRODUCCIÓN DE POLICLOROPRENO
62
3.2.3 Aplicaciones
Usos generales
La inercia química del neopreno hace que sea muy adecuado para
aplicaciones industriales, tales como juntas, mangueras y revestimientos
resistentes a la corrosión. Puede ser utilizado como base para adhesivos,
aislamiento del ruido en las instalaciones de transformadores de potencia y
como relleno en cajas metálicas para proteger el contenido al tiempo que
permite un ajuste perfecto. Es resistente a la quema mejor que las gomas a
base exclusivamente de hidrocarburos, por lo que se lo utiliza en la cinta
aislante para puertas de incendios y aplicaciones relacionadas, tales como
guantes y mascarillas.
63
Uso acuático
El neopreno es comúnmente utilizado como material de botas para la pesca con
mosca, ya que proporciona un excelente aislamiento contra el frío. Las botas de
neopreno son por lo general de alrededor de 5 mm de espesor, y de precio
medio en comparación con los materiales más baratos como el nylon y el
caucho.
En su estado nativo, el neopreno es un material flexible muy parecido a la goma,
con propiedades de aislamiento similares al caucho. Para aplicaciones de
protección de buceo, el neopreno es fabricado con formación de espuma plástica
con gas nitrógeno, por las propiedades aislantes de las pequeñas burbujas de
gas cerradas y separadas (el nitrógeno es usado por conveniencia química, no
por ser superior al aire como aislante). Las células de espuma hace también que
el material sea muy flotante, y el buzo debe compensar esto con el uso de
pesas. El espesor de trajes de neopreno para protección contra el agua fría se
hace generalmente de 7 mm de espesor. Pero el material se comprime bajo la
presión del agua, y cada vez más delgada a mayores profundidades, un traje de
neopreno de 7 mm húmedo ofrece una protección mucho menor a menos de
cien metros de profundidad. Un avance reciente en trajes de neopreno de buceo
es el "super-flex" que mezcla spandex con el neopreno para una mayor
flexibilidad.
Como resultado, las láminas de traje de neopreno se fabrican en diferentes
grados dependiendo de la aplicación. El traje de buceo de neopreno es más
dense y menos flexible, lo que garantiza su durabilidad y reduce la compresión
en profundidad. Los trajes que nunca están expuestos a grandes fuerzas de
compresión, contienen más gas, por lo que son más calientes para el mismo
espesor. Los trajes para natación competitiva son de espuma expandida, puesto
que tienen que ser muy flexible para permitir el movimiento libre del nadador. La
desventaja es que son bastante frágiles.
64
Accesorios hogareños
Recientemente, el neopreno se ha convertido en un material para la confección
de accesorios de uso doméstico, incluyendo piezas de laptop, iPod, controles
remotos y el rebeco en bicicletas. En este mercado, a veces compite con el PU
de baja resilencia, que es un material más resistente al impacto pero menos
utilizado.
Deportes
También en los últimos años, Jug, un fabricante de patines en línea, ha
incorporado de neopreno en la construcción de algunas de sus más populares
líneas de productos, en los cuales, el neopreno añade refuerzo (soporte para el
tobillo) y protege contra abrasiones como pocos materiales hacen. Como una
simple cuestión de durabilidad y vida útil del producto, revestimientos
construidos con aditivos de neopreno son típicamente más caros que otros.
El neopreno es un material popular en el mundo ecuestre, así, que se utiliza en
cinchas, mantillas, almohadillas, y muchas otras aplicaciones.
A menudo se utiliza en Airsoft (juego con rifles de aire comprimido), como una
prenda de protección, ya que es lo suficientemente delgada como para sentir el
golpe, pero lo suficientemente gruesa como para reducir la velocidad de impacto.
Cuchillos y espadas de entrenamiento son de neopreno para la segura
instrucción de defensa personal, sparring y demostraciones de artes marciales.
65
Música
Yamaha, fabricante de Instrumentos musicales, ha comenzado a sustituir los
tapones usados para el sellado de instrumentos de viento (por ejemplo, sellar las
juntas de clarinetes u oboes) con neopreno.
Ortopedia
En la actividad de la ortopedia es muy frecuente el uso de artículos
ortoprotésicos, fabricados con material de neopreno, que, por sus especiales
características, se utilizan en los tratamientos de termoterapia.
Recubrimiento de cables
El policloropreno es similar al caucho natural pero más resistente a los aceites,
los disolventes, la luz solar, la flexión, el calor y las llamas. Por todas estas
cualidades, los cauchos sintéticos se han convertido en una materia prima
esencial en la fabricación de conductores eléctricos.
Industria automotriz
En automóviles se usa para sistemas de insonorización y control de vibración. El
control de vibración proporciona un amortiguamiento al movimiento natural de
los motores en máquinas. El polímero es útil en este tipo de aplicaciones debido
a su capacidad de absorber la energía mecánica. Las ventajas de un sistema de
amortiguamiento son, entre otras, la de extender la vida de los motores y los
accesorios conectados a estos y reducir su ruido de operación. Pero el uso más
importante, en la industria automotriz, radica en la fabricación de mangueras y
correas.
66
Adhesivos
El neopreno es utilizado para la fabricación de adhesivos de contacto.
Frecuentemente la dilución del neopreno se lleva a cabo en una mezcla de dos
disolventes, tolueno y un disolvente alifático de evaporación rápida en variadas
proporciones, más el agregado de colofonia (resina) reaccionada con óxido de
magnesio.
Formulación típica de un adhesivo
Componente Partes por ciento de caucho (ppcc)
Policloropreno 100Resina 40-60Óxido de zinc 4Oxido de magnesio 5Antioxidante 2Disolventes 400
La cola de neopreno es un adhesivo ideal por su fuerza, para el pegado de
goma, telas de Hypalon-Neopreno, Eva, y superficies poco porosas con cuero,
suela, etc. Su baja viscosidad permite una mejor penetración y un mayor
rendimiento. Este adhesivo puede reticularse para aumentar la resistencia a la
temperatura, a la hidrólisis y la intemperie.
e aplica sobre las superficies a pegar (previamente lijadas), y se deja orear de
10' a 15'. En el pegado de goma o EVA, el lijado debe hacerse en el día para
lograr un buen anclaje. Si la superficie es muy porosa se aplica otra mano de
adhesivo. Finalmente se reactiva con calor y se prensa.
Otros usos
El neopreno se utiliza en máscaras para la protección de la cara, para el
aislamiento de zócalos de CPU, para hacer cubreasientos para automóviles a
prueba de agua, en forma líquida o láminas para membranas elastoméricas para
67
techos o tapajuntas, y en una mezcla de neopreno-spandex para la fabricación
de asiento de sillas de ruedas. Debido a su resistencia química y durabilidad, el
neopreno se utiliza a veces en la fabricación de guantes de lavar platos, sobre
todo como una alternativa al látex. En la moda, el neopreno ha sido utilizado por
diseñadores como Gareth Pugh, Balenciaga, Lanvin y Wang Vera.
3.3 Caucho etileno-propileno
La tabla muestra insumos a realizar en el proceso del caucho mencionado.
3.3.1 Materias primas Productos Partes en peso
- Etileno 45 a 80%- Propileno 45% a 75%- Agua 18.0- aditivos de procesamiento 0,3- agentes homogeneizantes 0,2
3.3.2 Procesos de fabricación
EL PROCESO DE POLIMERIZACIÓN EN SOLUCIÓN
Aditivos de Procesamiento
Cualquier material usado en dosis relativamente bajas, que mejora las
características de procesamiento sin afectar significativamente las
propiedades físicas.
Agentes Homogeneizantes
Son mezclas a base de resinas que exhiben una buena compatibilidad
con varios elastómeros y facilitan la mezcla a través de ablandamiento y
humectación tempranos de las interfaces del polímero. Ya que la resinas
de ablandamiento exhiben una cierta pegajosidad, los polímeros que
tienden a desmenuzarse y las mezclas de polímeros se unirán más
68
rápidamente, la entrada de energía se mantiene en un nivel alto, en otras
palabras, el mezclado es más efectivo y los tiempos de mezclado a
menudo pueden reducirse.
Expulsor
Con una amplia gama de expulsores de dos etapas, Hasco ofrece
numerosas posibilidades individuales para un control de movimiento y un
desmoldeo fiables durante el proceso de moldeo por inyección.
Expansor
Es un agente hinchante (agente expansor), de gran seguridad de
elaboración y almacenaje, que sirve para la fabricación de artículos
porosos inodoros, en especial para los que son fabricados a altas
temperaturas
Secador
Los secadores de cinta fabricados a medida garantizan el secado
eficaz de polímeros
El proceso de polimerización en solución es el más ampliamente utilizado
y su gran versatilidad logra una amplia gama de polímeros. El sistema de
etileno, propileno y catalizador son polimerizados en exceso de solvente
hidrocarbonado. Si son utilizados estabilizadores y aceites, estos son
añadidos directamente después de la polimerización. El solvente y
monómeros no reaccionados son entonces separados mediante agua
caliente, vapor o mediante evaporación mecánica. El polímero, el cual se
69
halla en forma de grumos, es secado mediante eliminación del agua en
tornillos, prensas mecánicas y/o hornos de secado. Los grumos secos son
luego conformados en balas o extruidos en pellets. Los polímeros de alta
viscosidad son vendidos a granel en forma de balas desmenuzadas o
pellets. Los grados amorfos son comercializados comúnmente en balas
sólidas.
REPRESENTACIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DEL CAUCHO
ETILENO-PROPILENO
El proceso de polimerización en suspensión es una modificación de la
polimerización en masa. El sistema de monómeros y catalizador es
inyectado en un reactor lleno con propileno. La polimerización tiene lugar
en forma inmediata, formando grumos de polímero que no es soluble en el
propileno. La polimerización en suspensión reduce la necesidad de
solvente y equipos para la manipulación del solvente y la baja viscosidad
de la suspensión ayuda al control de la temperatura del proceso y a la
70
manipulación del producto. El proceso no está limitado por la viscosidad
de la solución, de forma que polímeros con altos pesos moleculares
pueden ser producidos sin un proceso adicional. La eliminación del
propileno y termonómero completan el proceso antes del conformado y
embalado del producto.
ESQUEMA DEL PROCESO DE POLIMERIZACIÓN EN SUSPENSIÓN
La tecnología para polimerización en estado gaseoso fue recientemente
desarrollada para la obtención de cauchos de etileno-propileno. El reactor
consiste en un lecho fluidizado vertical. Los monómeros y nitrógeno en
forma de gas con el catalizador son introducidos al reactor y el producto
sólido es removido periódicamente. El calor de reacción es retirado
mediante la circulación de gas que además sirve para generar el lecho
fluido. No son utilizados solventes, eliminando la necesidad de una etapa
71
posterior de eliminación, lavado y secado. Este proceso tampoco está
limitado por la viscosidad de la solución, con lo que se logran polímeros
con altos pesos moleculares sin afectar la productividad. Se inyecta una
cantidad sustancial de negro de humo al reactor como un ayudante de
fluidización para prevenir que se peguen los gránulos de polímeros
formados entre sí o en las paredes del reactor. Pero los productos
preparados incluso con unos niveles bajos de negro de carbono son
completamente negros y no resultan satisfactorios para aplicaciones que
requieren productos coloreables. Agentes coadyuvantes blancos
coloreables de la fluidización incluyen diferentes tipos de sílices
calcinadas, arcillas, talco y carbonato de calcio. Un problema principal, de
la adición de estos coadyuvantes de la fluidización blancos coloreables
durante la producción, es su tendencia a generar unas fuertes cargas
estáticas negativas lo que, en condiciones de polimerización, conduce a
que se acumule resina sobre las paredes del reactor. Lo que puede ser
salvado con la utilización de algún agente antiestático.
El producto obtenido se forma en gránulos para permitir un rápido
mezclado posterior.
3.3.3 Aplicaciones
Vehículos
El caucho EPDM se utiliza comúnmente en sellante en todos los vehículos. Esto
incluye sellos de las puertas, juntas de ventanas, sellos de la carrocería, y, a
veces juntas para el capote.
En general, EPDM se utiliza especialmente en las mangueras en el circuito del
sistema de enfriamiento de un automóvil
72
Además, el EPDM puede ser utilizado como tubo de carga de aire en motores
turbo. Más específicamente, se puede utilizar para conectar el lado frío del
refrigerador de aire de carga (también conocido como "intercooler") para el
colector de admisión.
Sellado de puertas de cámaras
El EPDM ofrece una buena performance en el aislamiento térmico. Se utiliza en
puertas de cámaras frigoríficas para el sellado.
Equipo de seguridad
Los cauchos de etileno-propileno se utilizan también como material para las
juntas de la cara de los respiradores industriales, con mayor frecuencia elegida
ya que el uso de la silicona se debe evitar por lo general en ambientes con
pintura en aerosol de industrias automotrices.
Aislamiento de cables
El EPDM se utiliza también como material para la envoltura exterior de los
cables utilizados en los aparatos eléctricos para la instalación al aire libre o
expuestas a la luz UV.
Impermeabilización de techos
El EPDM se utiliza como revestimiento a prueba de agua de techos. Tiene la
ventaja de que no contamina el agua de lluvia escurrida, que es de vital
importancia si el dueño de casa desea utilizar esta agua para la higiene personal.
73
Varias casas cuentan con acumuladores de agua de lluvia por lo tanto deben
hacer uso de este tipo de techos.
74
IV. CONCLUSIONES
El caucho sintético ha sido una gran revolución para el mundo pero aun así, el
natural no ha perdido su importancia, mas con las alzas del petróleo, la industria
del caucho toma mayor fuerza, debido a que su producción es de bajo costo.
El proceso de vulcanización hace más resistente y duradera la acción,
permitiendo que su periodo de vida útil sea más extenso.
75
Los cauchos tales como el etileno-propileno se destacan por su resistencia al
calor, oxidación, ozono y a la intemperie debido a su estructura polimérica de
cadena saturada.
Los cauchos en polímeros responden de forma aceptable incluso con altas
cargas de relleno y plastificante disminuyendo su precio.
Presentan gran utilidad en sellante de vehículos especialmente en las
mangueras de enfriamiento del automóvil. También se usa en el sellado de las
puertas de cámaras frigoríficas.
Presentan gran utilidad en los equipos de de seguridad específicamente en los
equipos de respiración.
La polimerización como proceso representa el 10% de la capacidad mundial, no
resulta relevante en países con industria de petroquímica pero es muy usado en
países en vías de desarrollo tales como los de América del sur, Asia y áfrica.
Presentan operaciones de acabado tales como los de la emulsión.
El caucho estireno butadieno representa el caucho de mayor utilidad a nivel
mundial porque representa el 90% en uso de procesos de emulsión en frio.
76
V. RECOMENDACIONES
Los procesos, secuencia realizada de investigación en los ensayos planteados
para el mejor control del proceso, solo deberán ser realizados en la frecuencia
señalada, ya que una frecuencia excesiva significa un gran gasto económico.
La frecuencia señalada en él es suficiente para ir controlando a los productos, ya
que la dureza es la propiedad más importante a evaluar.
77
Tener en cuenta sus propiedades en la resistencia a elevadas temperaturas para
un uso adecuado bajo condiciones adecuadas.
Debido a que los polines son fabricados en grandes cantidades y no tienen un
control de calidad una vez que se ha culminado su proceso de fabricación, la
aplicación del muestreo por aceptación será de gran apoyo para controlar la
cantidad de los mismos y determinar cuáles salen fuera de especificación.
78
VI. REFERENCIALES
79
ANEXO