El sector de neumáticos, el más consumidor

 

En los últimos años la industria del caucho a registrado un considerable desarrollo tanto en síntesis de nuevos elastómeros como en la modificación de los ya existentes tratando de encontrar los productos deseados para cumplir con las necesidades creadas. En la modificación de los ya existentes más de la mitad de todo el caucho producido en el mundo tiene como fin la industria automotriz y del neumático, una industria que cada vez tiene una demanda de mayor calidad, lo cual la lleva a una innovación tanto de tecnología como de nuevos productos.

Empecemos hablando del caucho natural. El caucho natural se extrae del árbol de Hevea, en forma de una suspensión coloidal, acuosa de aspecto lechoso y se denomina látex conteniendo un 30% de Caucho. La producción de látex de una plantación con los medios y experiencia es de al rededor de 1,600 a 1,800 kilogramos por hectárea al año.

Esencialmente solo hay un tipo de caucho natural, el polímero base es el ( un cis 1,4 - poliisopreno).

Existe una clasificación visual de los hules naturales, los cuales son diferenciados por su apariencia, este varia dependiendo del método de preparación.

Hoja ahumada, el látex que se obtiene del árbol se diluye en agua hasta 12 a 15 % de contenido de caucho; después se vacía en tanques de aluminio de aproximadamente 1000 litros de capacidad luego se agrega ácido acético o fórmico diluido para coagular el látex, al mismo tiempo se insertan verticalmente unas separaciones de aluminio en el tanque de coagulación, de esta manera se producen hojas o laminas de coagulo.

Crepé blanco, Para esta preparación se agrega primero bisulfito de sodio al látex con el fin de prevenir el oscurecimiento del caucho debido a las enzimas presentes, en especial polifenol oxidaza. Luego el caucho se coagula con ácido acético diluido, en tanques similares a los utilizados para la producción de hoja ahumada, las laminas de coagulo pasan atraves de una serie de tres molinos con rodillos ranurados, provistos de agua para el lavado, por ultimo se secan para producir el crepé blanco.

Crepé café y otros crepes. Estos crepés de calidad inferior que se derivan de materiales coagulados prematuramente o material sucio.

Caucho sintético

Los primeros cauchos sintéticos apartir de derivados del petróleo se fabrican en escala industrial apartir de 1937 en Alemania, pero él más espectacular desarrollo de estos cauchos se tuvo en Estados Unidos de Norteamérica, durante la segunda guerra mundial, pues al ser esta materia prima de alto valor estratégico en este tiempo.

Los cauchos sintéticos más conocidos y de mayor consumo cuentan con una variedad de entre de entre otros monomeros tales como Butadieno, Estireno, Cloropreno, Etileno, Butileno, Propileno, Acrilonitrilo, Etc., proporcionando las unidades de repetición para las moléculas de larga cadena. Día a día son descubiertos nuevos elastomeros para usos específicos en las industrias de todo el mundo.

Tipos de caucho sintético

SBR

Este tipo de caucho fue preparado por primera vez en Alemania en 1929. El SBR es un copolímero de butadieno y estireno en el cual un 25% de las unidades de estireno están distribuidas al azar entre el 75% de las unidades de butadieno en las cadenas moleculares.

El SBR sin vulcanizar es soluble en la mayoría de los solventes hidrocarbonados. La vulcanización es más lenta en el SBR que en el caucho natural y se requiere por lo tanto de aceleradores más poderosos.

Al rededor del 70% del SBR es utilizado por la industria llantera, este tipo de caucho es el que mas se emplea, suponiendo algo así como el 60% de la producción de caucho consumido ya sea natural o sintético.

BR

Todas las formas de polibutadieno grados, comparten ciertas características importantes. En primer lugar tienen una flexibilidad muy alta, de hecho, el polibutadieno es el único caucho sintético con una flexibilidad mayor incluso que al del hule natural, al mismo tiempo, la resistencia a la abrasión es sobresaliente y la flexibilidad a baja temperatura es excelente.

Por otro lado sus principales limitaciones son:

Baja adhesividad para consigo mismo.

Baja tensión y resistencia al desgarre.

El uso de este caucho es limitado por si mismo, este material es mas frecuentemente usado en mezclas con otros cauchos, como por ejemplo en la industria llantera en la cual se tomo por sus cualidades de resistencia a la abrasión y baja generación de calor.

Caucho isopreno

La producción de una replica del caucho natural ofrecía una meta interesante a vencer, la dificultad consistía no en polimerizar al isopreno eso ya se había realizado anteriormente. Lo que se requería era encontrar la manera de enlazar las unidades de isopreno en forma regular: todos en la misma dirección para producir un cis 1,4 isopreno. Los catalizadores especiales con los cuales podría obtenerse dicho orden fueron descubiertos a mediados de este siglo. En teoría se esperaría que el caucho isopreno al tener este la misma composición química del caucho natural, tuviera las mismas propiedades químicas, pero en la practica hay diferencias, los tipos varían algo en la longitud y estructura de las moléculas.

Caucho Etilino- Propileno (EPM - EPDM)

Estos son copolímeros de dos hidrocarburos etileno y propileno, conteniendo al etileno del 50% al 65% en peso. Tanto el EPM como el EPDM tienen una notable resistencia a la luz solar, al ozono y al envejecimiento, junto con la capacidad de aceptar grandes cargas de aceites de extensión, sin perdida de las propiedades físicas.

Los cauchos EP se obtienen preferentemente por el método de polimerizacion anionoca en suspención, utilizando catalizadores Zingler Natta. El peso molecular del caucho EP aumenta con el tiempo de reacción y también aumenta cuando disminuye la temperatura de reacción, la concentración de catalizador, la concentración de monomero así como al aumentar la relación de Etileno/Propileno.

Caucho Isobutileno-isopreno(IIR)

El caucho butilo es un copolímero en solución de isobutileno con una pequeña proporción (de 1 a 4 %) de isopreno. El poliisobutileno por si mismo esta totalmente saturado, y el isopreno se incluye para proporcionar los dobles enlaces necesarios para permitir su vulcanización con azufre.

Los cauchos butilo se obtienen por le método de polimerización cationica en presencia de ácido de lewis, como ALCL3 y con un poco de agua que actúa como catalizador. La temperatura utilizada en la polimerización varia desde -86 grados hasta - 95 grados: entre mas baja sea la temperatura mayor será el peso molecular del polímero.

Caucho Nitrilo (NBR)

Este es un copolímero de acrilonitrilo y butadieno, en el cual la proporción de acrilonitrilo puede variar desde el 18% al 40 %. Cuanto más alta es la proporción de acrilonitrilo, más pobres son las propiedades físicas, pero es mejor la resistencia al aceite. La resistencia al aceite y al calor es ligeramente mas alta que en el caucho cloropreno, pero la resistencia a la luz solar no es tan buena.

Para la producción de los grados normales de NBR se utiliza una polimerización en emulsión de butadieno y acrilonitrilo. Al igual que el SBR, el NBR también se polimeriza en frío a temperaturas entre 5 y 25 grados centígrados la reacción termina cuando se alcanza el 70 - 80 % de conversión.

Caucho Cloropreno (CR)

El cloropreno es un liquido que se parece al isopreno en cuanto a su estructura química, salvo que tiene un átomo de cloro, mientras que el isopreno tiene un grupo metilo.

En el ámbito comercial, la polimerización se lleva a cabo en emulsión utilizando radicales libres. Típicamente, la polimerización se hace a 40 grados utilizando persulfato de potasio y de amonio como iniciadores.

Cauchos fluorados ( CFM - FKM)

Los cauchos de fluoro-carbono y flouro silicona están entre los elastomeros más caros del mercado.

Los copolímeros y terpolímeros con base en fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno son designados por ASTM con las iniciales FKM, mientras que los copolímeros y terpolímeros con base en fluoruro de vinilideno y clorotrifluoroetileno se indican con las iniciales CFM.

Estos cauchos se obtienen por el método de polimerización en emulsión utilizando radicales libres. El procedimiento se lleva a cabo a una temperatura entre 80 y 125 grados centígrados, a una presión entre 20 y 100 Kg/cm3. El peso molecular se controla variando las concentraciones de los monomeros e iniciadores o utilizando agentes de transferencia de cadena.

Caucho silicona (Q)

Los cauchos de silicona forman un importante grupo de la familia de los polímeros con base en silicio. Estos se distinguen por tener una cadena formada por átomos alternados de silicio y oxigeno. A pesar de su alto precio, dichos polímeros tienen mucha aceptación por su buena estabilidad térmica, su constancia de propiedades de aislamiento eléctrico, su repelencia al agua y sus características antiadhesivas.

Los hules silicon pueden ser formulados ya sea en mezcladores o en molinos de rodillos: sin embargo, se pueden tener algunos problemas de operación en el molino de rodillos debido a la baja viscosidad de estos cauchos.

Cauchos termoplásticos

La idea básica de un caucho termoplástico es que debe fundirse al ser calentado y solidificarse al ser enfriado, sin que se dañen sus propiedades elásticas.

Tal combinación de propiedades elastomeras y plásticas, puede obtenerse en la practica con un tipo especial de copolímero, en el cual las unidades de monomero son enlazadas en el centro de la molécula, mientras que las unidades del otro están semegradas formando bloques en los dos extremos de la molécula. Si los monomeros son escogidos de forma que la sección en el centro de la molécula tenga propiedades similares a las del caucho, mientras que los bloques terminales en los extremos son termoplásticos el resultado será un caucho termoplástico.

Vulcanización

Los agentes vulcanizantes son sustancias que llevan a cabo el proceso de vulcanización (también llamado proceso de curado, entrecruzamiento, o reticulacion). Los más importantes agentes son azufre, donadores de azufre, como son los sulfuros de tiuramio, tetrasulfuros de tiuramio, peroxidos y algunos óxidos metálicos.

Los aceleradores de la vulcanización juegan un papel importante debido a que por ejemplo el caucho natural solo con azufre requiere de tiempos largos y temperaturas altas para su vulcanización además que las propiedades de los compuestos vulcanizados no son las mejores que se pudieran obtener por lo que los aceleradores de vulcanización nos dan menores tiempos y temperaturas de vulcanización, además la cantidad de azufre necesaria para la vulcanización se redujo y las propiedades se mejoran.

Los aceleradores de vulcanización se clasifican de acuerdo al grupo químico al que pertenecen en:

· Ditiocarbamatos

· Xantatos

· Tiuramios

· Tiazoles

· Amino aldehidos

· Aceleradores básicos

La vulcanización modifica de manera mas o menos considerable las propiedades de un hule. El modulo, la dureza, las propiedades elásticas y la resistencia al hinchamiento con solventes se modifican considerablemente con el grado de vulcanización. La vulcanización forja los enlace químicos cruzados de una cadena a otra, de forma que lo que era un enredo de cadenas separadas, se convierte en una red tridimensional unificada. La vulcanización es posible en primer lugar, porque la estructura del caucho tiene lo que se llama dobles enlaces situados a intervalos a lo largo de la cadena, en lugar de enlaces simples normales, entre átomos de carbono. La mitad de un enlace doble es puede romper para aportar un punto de enlace para el azufre, quedando la otra mitad todavía para preservar la continuidad de la cadena.

Algunos cauchos sintéticos no tienen dobles enlaces y por lo tanto no pueden ser vulcanizados solamente con azufre. Estos se conocen como cauchos saturados y en ellos el enlace cruzado tiene que ser provocado mediante utilización de otros productos químicos más reactivos como son los peroxidos.

Rafael. Aguirre-Flores
Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA)
Saltillo, Coahuila, México