Caucho sintético
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Caucho sintético . El caucho sintético ó buna, es un copolímero, elaborado artificialmente mediante reacciones químicas, conocidas como condensación o polimerización, a partir de determinados hidrocarburos insaturados.
Síntesis buna
El primero de una serie de cauchos sintéticos llamados Buna, fue obtenido por químicos alemanes, mediante la polimerización de dos monómeros denominados comonómero en 1935.
La palabra Buna se deriva de las letras iniciales de butadieno, uno de los comonómeros, y del natrium (sodio), empleado como catalizador.
Existen dos tipos de caucho sintético ó Buna
- El Buna-S: formado por la unión del butadieno y estireno
- Buna-N (Perbunan): donde uno de los comonómero es el butadieno y el otro es acrilonitrilo (CH2-CH(CN)), obtenido a partir del ácido cianhídrico, muy útil en aquellos casos que se requiere resistencia a la acción de aceites y a la abrasión.
Originalmente se produjo el buna como un polimerizado en bloque del butadieno con sodio metálico (Na) como catalizador; de ahí que el nombre de este polimerizado se deriva del procedimiento seguido, nombre que se ha mantenido como marca registrada a pesar de que el procedimiento ha cambiado y de que la mayor parte se produce actualmente como copolímero en emulsión.
Los compuestos básicos del caucho sintético llamados monómeros, tienen una masa molecular relativamente baja y forman moléculas gigantes denominadas polímeros. Mediante la copolimerización es posible variar las propiedades, ensanchando así el campo de aplicación.
Los compuestos no saturados (compuestos de doble enlace en la molécula) han adquirido en los procedimientos modernos de síntesis una extraordinaria importancia, porque presentan una gran capacidad de reacción y posibilitan la obtención de materiales de elevado número de moléculas mediante el encadenamiento de centenares de moléculas individuales.
Tipos de caucho sintético
Existen numerosos tipos de caucho sintético, y sus aplicaciones están en función de sus propiedades, dentro de los más utilizados se encuentran:
SBR
El SBR es un copolímero de butadieno y estireno en el cual un 25% de las unidades de estireno están distribuidas al azar entre el 75% de las unidades de butadieno en las cadenas moleculares. Este tipo de caucho fue preparado por primera vez en Alemania en 1929. El SBR sin vulcanizar es soluble en la mayoría de los solventes hidrocarbonados. La vulcanización es más lenta en el SBR que en el caucho natural y se requiere por lo tanto de aceleradores más poderosos. Al rededor del 70% del SBR es utilizado por la industria llantera, este tipo de caucho es el que mas se emplea, suponiendo algo así como el 60% de la producción de caucho consumido ya sea natural o sintético.
BR
El polibutadieno, tiene una flexibilidad muy alta, es el único caucho sintético con una flexibilidad mayor incluso que al del hule natural, al mismo tiempo, la resistencia a la abrasión es sobresaliente y la flexibilidad a baja temperatura es excelente. Por otro lado sus principales limitaciones son:
- Baja adhesividad para consigo mismo.
- Baja tensión y resistencia al desgarre.
El uso de este caucho es limitado por si mismo, este material es mas frecuentemente usado en mezclas con otros cauchos, como por ejemplo en la industria llantera en la cual se tomo por sus cualidades de resistencia a la abrasión y baja generación de calor.
Caucho isopreno
La producción de una réplica del caucho natural ofrecía una meta interesante a vencer, la dificultad consistía no en polimerizar al isopreno eso ya se había realizado anteriormente. Lo que se requería era encontrar la manera de enlazar las unidades de isopreno en forma regular: todos en la misma dirección para producir un cis 1,4 isopreno. Los catalizadores especiales con los cuales podría obtenerse dicho orden fueron descubiertos a mediados de este siglo. En teoría se esperaría que el caucho isopreno al tener este la misma composición química del caucho natural, tuviera las mismas propiedades químicas, pero en la practica hay diferencias, los tipos varían algo en la longitud y estructura de las moléculas.
Caucho Etilino- Propileno (EPM - EPDM)
Estos son copolímeros de dos hidrocarburos etileno y propileno, conteniendo al etileno del 50% al 65% en peso. Tanto el EPM como el EPDM tienen una notable resistencia a la luz solar, al ozono y al envejecimiento, junto con la capacidad de aceptar grandes cargas de aceites de extensión, sin perdida de las propiedades físicas. Los cauchos EP se obtienen preferentemente por el método de polimerización aniónica en suspensión, utilizando catalizadores Zingler Natta. El peso molecular del caucho EP aumenta con el tiempo de reacción y también aumenta cuando disminuye la temperatura de reacción, la concentración de catalizador, la concentración de monómero así como al aumentar la relación de Etileno/Propileno.
Caucho Isobutileno-isopreno(IIR)
El caucho butilo es un copolímero en solución de isobutileno con una pequeña proporción (de 1 a 4 %) de isopreno. El poliisobutileno por si mismo esta totalmente saturado, y el isopreno se incluye para proporcionar los dobles enlaces necesarios para permitir su vulcanización con azufre. Los cauchos butilo se obtienen por le método de polimerización cationica en presencia de ácido de lewis, como ALCL3 y con un poco de agua que actúa como catalizador. La temperatura utilizada en la polimerización varía desde -86 grados hasta - 95 grados: entre mas baja sea la temperatura mayor será el peso molecular del polímero.
Caucho Nitrilo (NBR)
Este es un copolímero de acrilonitrilo y butadieno, en el cual la proporción de acrilonitrilo puede variar desde el 18% al 40 %. Cuanto más alta es la proporción de acrilonitrilo, más pobres son las propiedades físicas, pero es mejor la resistencia al aceite. La resistencia al aceite y al calor es ligeramente más alta que en el caucho cloropreno, pero la resistencia a la luz solar no es tan buena.
Para la producción de los grados normales de NBR se utiliza una polimerización en emulsión de butadieno y acrilonitrilo. Al igual que el SBR, el NBR también se polimeriza en frío a temperaturas entre 5 y 25 grados centígrados la reacción termina cuando se alcanza el 70 - 80 % de conversión.
Caucho Cloropreno (CR)
El cloropreno es un líquido que se parece al isopreno en cuanto a su estructura química, salvo que tiene un átomo de cloro, mientras que el isopreno tiene un grupo metilo. En el ámbito comercial, la polimerización se lleva a cabo en emulsión utilizando radicales libres. Típicamente, la polimerización se hace a 40 grados utilizando persulfato de potasio y de amonio como iniciadores.
Cauchos fluorados ( CFM - FKM)
Los cauchos de fluoro-carbono y fluorosilicona están entre los elastómeros más caros del mercado. Los copolímeros y terpolímeros con base en fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno son designados por ASTM con las iniciales FKM, mientras que los copolímeros y terpolímeros con base en fluoruro de vinilideno y clorotrifluoroetileno se indican con las iniciales CFM. Estos cauchos se obtienen por el método de polimerización en emulsión utilizando radicales libres. El procedimiento se lleva a cabo a una temperatura entre 80 y 125 grados centígrados, a una presión entre 20 y 100 Kg/cm3. El peso molecular se controla variando las concentraciones de los monómeros e iniciadores o utilizando agentes de transferencia de cadena.
Caucho silicona (Q)
Los cauchos de silicona forman un importante grupo de la familia de los polímeros con base en silicio. Estos se distinguen por tener una cadena formada por átomos alternados de silicio y oxigeno. A pesar de su alto precio, dichos polímeros tienen mucha aceptación por su buena estabilidad térmica, su constancia de propiedades de aislamiento eléctrico, su repelencia al agua y sus características antiadhesivas. Los hules silicón pueden ser formulados ya sea en mezcladores o en molinos de rodillos: sin embargo, se pueden tener algunos problemas de operación en el molino de rodillos debido a la baja viscosidad de estos cauchos.
Cauchos termoplásticos
La idea básica de un caucho termoplástico es que debe fundirse al ser calentado y solidificarse al ser enfriado, sin que se dañen sus propiedades elásticas. Tal combinación de propiedades elastómeros y plásticas, puede obtenerse en la práctica con un tipo especial de copolímero, en el cual las unidades de monómero son enlazadas en el centro de la molécula, mientras que las unidades del otro están semegradas formando bloques en los dos extremos de la molécula. Si los monómeros son escogidos de forma que la sección en el centro de la molécula tenga propiedades similares a las del caucho, mientras que los bloques terminales en los extremos son termoplásticos el resultado será un caucho termoplástico.
Obtención del caucho sintético
La síntesis del caucho, realizada en 1909 por el químico alemán Fritz Hofmann, no tenía entonces ninguna importancia práctica debido a la baja de precios del caucho natural; pero el auge vertiginoso de la motorización en los últimos decenios sentó las premisas para que la síntesis del caucho se desarrollara como una rama poderosa de la gran industria química moderna.
A partir de la cal y del carbón se obtiene carburo de calcio y, de este, el acetileno. Sometiendo el acetileno a la acción del agua y de catalizadores se produce el acetaldehído.
a) Dos moléculas de acetaldehído se ligan en una cadena de carbono de cuatro miembros, reacción en la cual se pierde un enlace doble. b) Al aldol que se obtiene, se liga bajo presión hidrógeno y c) del alcohol que se conforma (butol), se obtiene el butadieno mediante la separación de dos moléculas de agua. d) Un gran número de moléculas de butadieno, cada una con doble enlace, pueden ser unidas por medio de la polimerización para conformar materiales de carácter óleo, resinoso o parecidos al caucho, de gran número de moléculas. A partir de dos componentes diferentes se obtiene el polimerizado mixto buna que supera al caucho natural por sus propiedades.
El caucho sintético posee una resistencia a la tracción menor que el caucho natural y no es tan extensible como éste. En general, aventaja a éste con su mayor resistencia a los solventes orgánicos, aceites, petróleos y sus derivados; su menor oxidación y envejecimiento originado por el calor o los productos oxidantes y su menor permeabilidad a los gases. Después de su fabricación, el caucho sintético se vulcaniza.
Fuentes
- Química industrial. Principios Técnicos. Edition leipzig. pág.194
