Universidad Industrial de Santander

Facultad de Ingenieras Fisicoqumicas

Escuela de Ingeniera Qumica

27548 Laboratorio de Procesos II

Grupo B1

Pre-Informe Fabricacin de Piezas de Caucho Vulcanizado E. Amaguaa-Vega1, D. Nemojon2, S. Rincn-Solano3, J. Vesga4

1COD. 2103331 2COD. 2100403 3COD. 2083127 4COD. 2100416

Abstract

The vulcanized is a process that refers to the chemical reaction produced when sulfur acts on the carbon double

bonds present in the elastomer. Normally, to prepare the elastomer, rubber mixed with all raw materials and raw,

in which there is a chemical reaction is obtained. Lue-go, applying pressure and high temperature, the chemical

reaction of sulfur is generated with the double bonds of the elastomer, obtaining the vulcanized rubber. With this

process the aim is to improve the characteris-tics of the rubber by the addition of sulfur, mainly, but can be replaced

by metalloids such as selenium and tellurium or compounds capable of releasing sulfur by thermal dissociation.

The vulcanized rubber has more strength, elasticity and greater resistance to changes in temperature than the

uncured, gross; is also gas impervious and resistant to abrasion, chemical action, heat and electricity. It also has

a high coefficient of friction on dry surfaces and a low coefficient of friction on wet surfaces water.

Keywords: Vulcanized, rubber, sulfur, chemical reaction, elastomer, chemical bond.

Resumen

El vulcanizado es un proceso que se refiere a la reaccin qumica producida cuando el azufre acta sobre los

dobles enlaces de carbono presentes en el elastmero. Normalmente, para elaborar el elastmero, se mezcla el

caucho con todas las materias primas y se obtiene un crudo, en el cual no existe reaccin qumica alguna. Luego,

aplicando presin y altas temperaturas, se genera la reaccin qumica del azufre con los dobles enlaces del

elastmero, obteniendo el caucho vulcanizado. Con este proceso lo que se pretende es mejorar las caractersticas

del caucho mediante la adiccin de azufre, principalmente, aunque puede ser sustituido por metaloides semejan-

tes como el selenio y teluro o por compuestos capaces de liberar azufre por disociacin trmica. El caucho vul-

canizado tiene ms fuerza, elasticidad y mayor resistencia a los cambios de temperatura que el no vulcanizado,

el bruto; adems es impermeable a los gases y resistente a la abrasin, accin qumica, calor y electricidad.

Tambin posee un alto coeficiente de rozamiento en superficies secas y un bajo coeficiente de rozamiento en

superficies mojadas por agua.

Palabras Claves: Vulcanizado, caucho, azufre, reaccin qumica, elastmero, enlace qumico.

Laboratorio de Procesos II

1. Introduccin

El caucho al trascurrir el tiempo, se hace cada vez ms

importante por sus altos ndices de uso en distintas

aplicaciones a nivel industrial, ya que por medio de un

proceso de vulcanizacin, permite una gran facilidad en

la produccin de corazas para automviles, generacin

de empaques para cualquier tipo de maquina o para el

taponamiento fijo de tuberas predeterminadas y otras

ms aplicaciones.

En la actualidad los principales pases productores de

caucho son: china, indonesia, Tailandia, Malaysia con

un 90% de produccin. Estos mismos se encargan de

exportarlo e importarlo para ser utilizado finalmente en

diversos procesos industriales y as generar mejor eco-

noma interna en el pas productor. En la industria del

caucho se utilizan bsicamente dos tipos de caucho: el

natural y el sinttico. Este ltimo, obtenido a travs de

diferentes polmeros, sirve para la fabricacin de una

gran variedad de productos. El caucho natural se pro-

duce principalmente en el sudeste asitico, mientras

que el sinttico procede en su mayora de pases in-

dustrializados como Estados Unidos, Japn, Europa

occidental y Europa oriental. Brasil es el nico pas en

desarrollo que posee una industria importante de cau-

cho sinttico. El 60 % del caucho sinttico y el 75 % del

caucho natural se destinan a la fabricacin de neum-

ticos y productos afines, que da empleo a casi medio

milln de trabajadores en todo el mundo. Otras aplica-

ciones importantes del caucho son la fabricacin de co-

rreas y manguitos para vehculos, guantes, preservati-

vos y calzado de goma.

En los ltimos tiempos, la industria del caucho ha ex-

perimentado un proceso de mundializacin. Al tratarse

de una industria que utiliza un gran volumen de mano

de obra, se encuentra en expansin en los pases en

desarrollo.

2. Marco terico

Generalidades

El caucho es un material natural o sinttico caracteri-

zado por su elasticidad, repelencia al agua y resisten-

cia elctrica. El caucho o ltex natural es extrado de

un rbol de especie Hevea Brasiliensis (familia de las

Euforbiceas de origen amaznico) o tambin llamado

rbol del hule (origen mexicano), por un tratamiento

sistemtico, que consiste en hacer un corte a la planta

a travs de la corteza profundizndola. El caucho o el

ltex son recogidos en una vasija en el que contiene de

30 a 36% de hidrocarburo del caucho, 0.3-0.7 ceniza,

1.2% de protenas, 2% de resina y 0.5 de quebrachitol.

Este ltex es sometido a un nmero de procesos qu-

micos, en el cual toma ciertas propiedades qumicas y

fsicas las que permiten utilizarlo como caucho indus-

trial finalmente.

El caucho sinttico es obtenido por reacciones qumi-

cas, como condensacin o polimerizacin a partir de

ciertos hidrocarburos insaturados. Los compuestos b-

sicos del caucho sinttico llamados monmeros, tienen

una masa molecular relativamente baja y forman mol-

culas gigantes denominadas polmeros. Despus de su

fabricacin, el caucho sinttico es vulcanizado.

Figura 1. Ilustracin de una molcula de Isopreno.

Propiedades fsicas y qumicas

El caucho natural a bajas temperaturas, se vuelve r-

gido y cuando se congela en estado de extensin ad-

quiere estructura fibrosa. Calentando a ms de 100 C,

la elasticidad se hace ms alta, convirtindose ms fr-

gil con probabilidad mayor de sufrir alteraciones perma-

nentes. A 200C sus dobles enlaces se conservan sin

ninguna alteracin; A 250C sus enlaces dobles se se-

paran y forman anillos (ciclos), lo que significa que el

caucho cclico eleva su densidad y la solubilidad, obte-

niendo un producto duro y frgil resina.

La mezcla entre el caucho natural y el caucho sinttico,

es utilizada como materia prima para la elaboracin de

semiproductos o formas bsicas (cuerdas de caucho

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vulcanizado; placas, tubos, hojas, tiras, varillas y perfi-

les de caucho sin endurecer) y otros productos y artcu-

los de diversos usos.

Tipos de caucho natural

Entre los diferentes tipos de caucho natural que se pro-

ducen actualmente se encuentran las planchas estria-

das ahumadas, el caucho de especificacin tcnica, los

creps, el ltex, el caucho natural epoxidizado y el cau-

cho natural termoplstico. Tailandia es el principal pro-

veedor de planchas estriadas ahumadas, con casi la

mitad de la produccin mundial de caucho natural. El

caucho de especificacin tcnica (que debe su nombre

al hecho de que su calidad, especialmente su pureza y

elasticidad, se determina mediante especificaciones

tcnicas, en vez de las especificaciones visuales con-

vencionales) o caucho natural en bloque fue introdu-

cido en Malasia a mediados del decenio de 1960 y re-

presenta casi el 40-45 % de la produccin de caucho

natural, siendo Indonesia, Malasia y Tailandia los prin-

cipales proveedores de este tipo de caucho. En la ac-

tualidad, el caucho de crep slo representa una pe-

quea parte del mercado mundial de caucho natural.

Ultimamente ha crecido el consumo mundial del ltex

de caucho natural, a causa principalmente de la mayor

demanda de este tipo de productos como proteccin

frente al virus del SIDA y a otros agentes patgenos

transmitidos por la sangre.

Figura 2. Mercado del caucho, estimacin de consumo

y principales productores.

Los concentrados de ltex se utilizan para la produc-

cin de pegamentos, tejidos de fondo de alfombras, es-

pumas y productos como globos, guantes y preservati-

vos. El caucho natural epoxidizado se obtiene tratando

el caucho natural con percidos y se utiliza como alter-

nativa a algunos cauchos sintticos. El caucho natural

termoplstico, que se encuentra todava en la fase ini-

cial de desarrollo comercial, es resultado de la vulcani-

zacin dinmica parcial de mezclas de poliolefinas y

caucho natural.

Procesos de produccin

El ltex obtenido del rbol puede comercializarse direc-

tamente en forma de concentrado o bien procesarse

para obtener caucho seco. Un mtodo de fabricacin

del caucho de especificacin tcnica consiste en coa-

gular el ltex bruto con cido y pasarlo despus por las

mquinas de cortado y por una serie de cilindros de

crepado; a continuacin, con una trituradora de marti-

llos o un granulador, se convierte el producto en gru-

mos de caucho que son tamizados, lavados, secados,

embalados y acondicionados. Otro mtodo de produc-

cin de caucho de especificacin tcnica consiste en

aadir un agente disgregante antes de la coagulacin,

seguido de la trituracin con cilindros de crepado. Las

planchas estriadas ahumadas se obtienen pasando el

ltex coagulado a travs de una serie de cilindros, de

los que salen planchas finas que se estampan con un

patrn estriado para aumentar la superficie del material

y mejorar su secado. Las planchas se tratan en un ahu-

mador a 60 C durante una semana y a continuacin se

clasifican visualmente y se acondicionan en balas.

Las frmulas de las mezclas de los compuestos que se

utilizan en los cauchos naturales son bsicamente las

mismas que las que se emplean para la mayora de los

cauchos sintticos no saturados. La presencia de ace-

leradores, activadores, antioxidantes, materiales de re-

lleno, agentes plastificantes o vulcanizantes depende

de las propiedades que se deseen obtener del com-

puesto final.

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Figura 3. Fotografa Procesamiento del caucho en una

plantacin de Camern oriental.

Proceso de vulcanizacin

La vulcanizacin es un proceso mediante el cual se ca-

lienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el

fin de volverlo ms duro y resistente al frio.

Figura 4. Unin de enlaces por medio del agente vulca-

nizante.

Durante la vulcanizacin, los polmeros lineales parale-

los cercanos constituyen puentes de entrecruzamiento

entre s. El resultado final es que las molculas elsti-

cas de caucho quedan unidas entre s a una mayor o

menor extensin. Esto forma un caucho ms estable,

duro, mucho ms durable, ms resistente al ataque

qumico y sin perder la elasticidad natural. Tambin

transforma la superficie pegajosa del material a una su-

perficie suave que no se adhiere al metal o a los sus-

tratos plsticos. Usualmente el entrecruzamiento qu-

mico es realizado con azufre (agente vulcanizante),

pero existen otras tecnologas como los sistemas ba-

sados en perxidos. Se suelen usar combinadamente

con agentes aceleradores y retardadores.

Figura 5. Reaccin de vulcanizacin del isopreno en el

momento de adicionar azufre.

Agentes vulcanizantes

Los agentes vulcanizantes son sustancias que llevan a

cabo el proceso de vulcanizacin. Uno de los agentes

ms conocidos en la industria es el azufre, ya que este

permite a lo largo de la molcula del caucho, mostrar

sitios que son atractivos para los tomos de azufre,

ms llamados como sitios de cura. En cada sitio, un

tomo de azufre se puede unir a s mismo y a partir de

all la cadena de tomos de azufre puede crecer hasta

que alcance el sitio de cura de otra molcula. Estos

puentes de azufre son usualmente de 2 a 10 tomos

de largo, en contraste con los polmeros ms comunes

en los que la "columna vertebral" de carbonos puedes

ser varios miles de veces de larga. El azufre utilizado

para vulcanizar debe tener una pureza mnima de

99.5%, que al igual debe de estar libre de cidos, ya

que estos retardan el proceso de vulcanizacin. Una

desventaja del azufre en el momento de exceder la

cantidad que se necesita para vulcanizar, es que tiende

a cristalizar y emigrar hacia la superficie en forma de

polvo amarillo en el momento en que el hule es en-

friado.

Agentes acelerantes

Los agentes acelerantes se caracterizan por ser sus-

tancias que al ser aadidas en cantidades mnimas a

la mezcla maestra, aumentan la rapidez de la vulcani-

zacin, mejorando la calidad del producto.

Estos agentes se consumen parcialmente o por com-

pleto durante la vulcanizacin y pueden funcionar en

las etapas iniciales y finales de la misma.

Se dividen en cuatro grupos qumicos:

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Guanidinas y productos de reaccin de

aldehdos.

Aminas.

Mercaptotiazoles y sus derivados.

Diotiocarbamatos y sulfuros de bis (tio-

carbamolo).

Agentes activantes

Son sustancias que se caracterizan en ayudar en el in-

cremento de la velocidad de vulcanizacin, reaccio-

nando con los aceleradores y activando el azufre para

llevar a cabo el proceso. Por esto es necesario tener la

presencia de xidos metlicos bsicos o de sales de

plomo, calcio, zinc, o magnesio para tener la totalidad

de aceleradores orgnicos.

Reforzantes

Los reforzantes se caracterizan por la durabilidad, ri-

gidez, flexibilidad, extensibilidad, resistencia al desga-

rro a la abrasin y traccin que le presenta a artculos,

como guantes de goma, bandas de goma y tubos. An-

teriormente se utilizaba para el proceso de vulcaniza-

cin como reforzante negro de humo, ya que este per-

mite la resistencia a la traccin, mejor que los otros re-

forzantes comerciales. Sin embargo su uso ha dismi-

nuido por el nivel tan alto de contaminacin que este

posee, tanto en el medio ambiente como en la salud

humana.

En la actualidad se utilizan sustancias aditivas que es-

tiran el caucho pero no lo endurecen materialmente,

como el carbonato de calcio, la baritina o sulfato de ba-

rio.Existen diferentes tipos de reforzantes:

Reforzantes inertes (suelen debilitar el vul-

canizado).

Negro de humo (Reforzante importante

para la mayora de elastmeros).

Rellenos de slice y silicatos.

Cabe resaltar que la accin del refuerzo depende en

gran medida de su naturaleza, tipo de elastmero en el

que se usa y de la cantidad que se utilice.

Carbonato de calcio: Producto obtenido por

molienda fina o micronizacin de calizas extre-

madamente puras, por lo general con ms de

98,5% de contenido en CaCO3 y un tamao de

grano inferir a 45mm. Es el mineral ms utili-

zado en la industria del plstico, debido a sus

caractersticas, entre las que se destacan:

Alta dureza y blancura.

Bajo ndice de refraccin y abrasivi-

dad.

Bajo costo.

Caoln: Caoln es el nombre comercial para las

arcillas blancas que estn predominantemente

compuestas por caolinita.

Se distingue de otras arcillas por su blandura, blancura

y fcil dispersin en agua y en otros lquidos.

Es usado como relleno en hules y plsticos, siendo en

algunos procesos de filtracin auxiliar y de revestimien-

tos plsticos, tanto para ductos como para tejas plsti-

cas debido a su rigidez.

3. Bibliografa

BELICZKY, Louis S. Industria del caucho. En-

ciclopedia de salud y seguridad en el trabajo.

Tomo III. Pag 80 -17.

BILLMEYER, Fred. Ciencia de los polmeros.

Editorial Revert. Barcelona 2004. Pag. 540-

549.

CALLISTER, Wiliam. Introduccin a la ciencia

e ingeniera de los materiales volumen 2. Edi-

torial Revert. Barcelona2007. Pag 517-520.

W.J.S, NAUTON. The Applied Science of Rub-

ber. Editorial Edwuard Arnold. London. 1961.

Pag 408-409.

M. MAURICE. Introduction to Rubber

Techonology. Reinhold Publishing Corpora-

tion. New York. 1959. 224-231.

Laboratorio de Procesos II

4. Anexos

Principales polmeros del caucho, propiedades y usos comunes

Fuente: Volmenes de produccin del Instituto de Investigacin de Stanford. (Enciclopedia de salud y seguridad

en el trabajo)