caucho sintetico

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1 Contenido I. 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

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1

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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3

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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5

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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7

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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8

II. MARCO TEÓRICO

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9

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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10

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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12

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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16

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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22

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

Page 23: caucho sintetico

23

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

Page 24: caucho sintetico

24

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.

Page 25: caucho sintetico

25

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

Page 26: caucho sintetico

26

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.

Page 27: caucho sintetico

27

*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

Page 28: caucho sintetico

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.

Page 29: caucho sintetico

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

Page 30: caucho sintetico

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.

Page 31: caucho sintetico

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.

Page 32: caucho sintetico

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.

Page 33: caucho sintetico

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.

Page 34: caucho sintetico

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

Page 35: caucho sintetico

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

Page 36: caucho sintetico

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

Page 37: caucho sintetico

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:

Page 38: caucho sintetico

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:

 

Page 39: caucho sintetico

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

Page 40: caucho sintetico

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

Page 41: caucho sintetico

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. 

Page 42: caucho sintetico

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

Page 43: caucho sintetico

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) 

Page 44: caucho sintetico

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%

Page 45: caucho sintetico

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,

Page 46: caucho sintetico

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

Page 47: caucho sintetico

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

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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

Page 49: caucho sintetico

49

Ropa

Baterías

Conductores

Deportes

Biomedicina

Materiales con óptica no lineal

electroluminiscencia

Page 50: caucho sintetico

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

Page 51: caucho sintetico

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

Page 52: caucho sintetico

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

Page 53: caucho sintetico

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

Page 54: caucho sintetico

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

Page 55: caucho sintetico

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.

Page 56: caucho sintetico

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.

Page 57: caucho sintetico

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.

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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

Page 59: caucho sintetico

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

Page 60: caucho sintetico

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

Page 61: caucho sintetico

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

Page 62: caucho sintetico

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.

Page 63: caucho sintetico

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.

Page 64: caucho sintetico

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.

Page 65: caucho sintetico

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.

Page 66: caucho sintetico

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

Page 67: caucho sintetico

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

Page 68: caucho sintetico

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

Page 69: caucho sintetico

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

Page 70: caucho sintetico

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

Page 71: caucho sintetico

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

Page 72: caucho sintetico

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.

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Varias casas cuentan con acumuladores de agua de lluvia por lo tanto deben

hacer uso de este tipo de techos.

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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.

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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.

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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.

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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.

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VI. REFERENCIALES

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ANEXO