INSTITUTO TECNOLOGICO DE OCOTLAN

ALDO ANTONIO GOMEZ ISLAS

2DO SEM

INGENIERIA INDUSTRIAL

MTRO JACOB ALDANA

PROCESO DEL CAUCHO

JUSTIFICACIN Es importante indagar en la industria del hule puesto que suministra una gran variedad de productos que sirven como insumos y productos de uso a numerosas industrias. Los consumidores ms importantes incluyen las industrias de llantas, ensamble de automviles, plsticos, almacenaje, calzado, muebles y en general todo tipo de equipo y maquinaria (bandas, cmaras, empaques, etc.). OBJETIVOS OBGETIVO GENERAL Incursionar en el proceso de obtencin y transformacin del hule natural y sinttico. OBJETIVOS ESPECFICOS Dar a conocer las diferentes clases de hule caractersticas y proceso de fabricacin. Indagar en la industria del caucho para tener una idea ms clara acerca de este mismo. Reconocer la importancia del hule en la industria mundial. MARCO TERICO El Caucho Caucho o Hule, sustancia natural o sinttica que se caracteriza por su elasticidad, repelencia al agua y resistencia elctrica. El caucho natural se obtiene de un lquido lechoso de color blanco llamado ltex, que se encuentra en numerosas plantas. El caucho sinttico se prepara a partir de hidrocarburos insaturados. El caucho SBR es un copolmero (polmero formado por la polimerizacin de una mezcla de dos o ms monmeros) del Estireno y es el caucho sinttico mas utilizado a nivel mundial. Hule Natural

El ltex es una emulsin que est compuesta por partculas de hule suspendidas en agua. Estas partculas estn compuestas de miles de molculas de isopreno unidas qumicamente, formando grandes cadenas o polmeros de isopreno. Para obtener el hule es necesario remover el agua que mantiene suspendidas a las partculas. El hule natural puro no tiene muchas aplicaciones ya que es muy sensible a los cambios de temperatura. Por ejemplo, si hace calor el hule se vuelve pegajoso en cambio si hace fro se vuelve rgido y quebradizo. Recoleccin del ltex Para recoger el ltex de las plantaciones, se practica un corte diagonal en ngulo hacia abajo en la corteza del rbol. E[***]l corte tiene una extensin de un tercio o de la mitad de la circunferencia del tronco. El ltex exuda desde el corte y se recoge en un recipiente. La cantidad de ltex que se extrae de cada corte suele ser de unos 30 ml. Despus se arranca un trozo de corteza de la base del tronco para volver a tapar el corte, normalmente al da siguiente. Cuando los cortes llegan hasta el suelo, se deja que la corteza se renueve antes de practicar nuevos cortes. Se plantan unos 250 rboles por hectrea, y la cosecha anual de caucho bruto en seco suele ser de unos 450 kg por hectrea. En rboles de alto rendimiento la produccin anual puede llegar a 2.225 kg por hectrea, y se ha conseguido desarrollar ejemplares experimentales que alcanzan los 3.335 kg por hectrea. El ltex extrado se tamiza, se diluye en agua y se trata con cido para que las partculas en suspensin del caucho en el ltex se aglutinen. Se prensa con unos rodillos para darle forma de capas de caucho de un espesor de 0,6 cm, y se seca al aire o con humo para su distribucin. Propiedades fsicas y qumicas El caucho bruto en estado natural es un hidrocarburo blanco o incoloro. El compuesto de caucho ms simple es el isopreno o 2-metilbutadieno, cuya frmula qumica es C5H8. A la temperatura del aire lquido, alrededor de -195 C, el caucho puro es un slido duro y transparente. De 0 a 10 C es frgil y opaco, y por encima de 20 C se vuelve blando, flexible y translcido. Al amasarlo mecnicamente, o al calentarlo por encima de 50 C, el caucho adquiere una textura de plstico pegajoso. A temperaturas de 200 C o superiores se descompone.-

El caucho puro es insoluble en agua, lcali o cidos dbiles, y soluble en benceno, petrleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono. Con agentes oxidantes qumicos se oxida rpidamente, pero con el oxgeno de la atmsfera lo hace lentamente. Origen histrico Algunas propiedades y usos del caucho ya eran conocidas por los indgenas del continente americano mucho antes de que, en 1492, los viajes de Coln llevaran el caucho a Europa. Los indios peruanos lo llamaban cauchuc, 'impermeable', de ah su nombre. Durante muchos aos, los espaoles intentaron imitar los productos resistentes al agua de los nativos (calzados, abrigos y capas) sin xito. El caucho fue en Europa una mera curiosidad de museo durante los dos siglos posteriores.En 1731, el gobierno francs envi en una expedicin geogrfica a Amrica del Sur, al gegrafo matemtico Charles Marie de La Condamine. En el ao 1736, hizo llegar a Francia varios rollos de caucho crudo junto con una descripcin de los productos que fabricaban con ello las tribus del valle del Amazonas. Esto reaviv el inters cientfico por el caucho y sus propiedades. En 1770, el qumico britnico Joseph Priestley descubri que frotando con caucho se borraban las marcas y trazos hechos con lpices, y de ah surgi su nombre en ingls, rubber. La primera aplicacin comercial del caucho la inici en 1791 el fabricante ingls Samuel Peal, que patent un mtodo para impermeabilizar tejidos, tratndolos con caucho disuelto en trementina. Charles Macintosh, qumico e inventor britnico, fund en 1823 una fbrica en Glasgow para manufacturar tejidos impermeables y ropa para la lluvia, que lleva desde entonces su nombre. Plantaciones de caucho Durante la mayor parte del siglo XIX, los rboles tropicales de Amrica del Sur continuaron siendo la fuente principal de obtencin del caucho. En 1876, el explorador britnico Henry Wickham recolect unas 70.000 semillas del H. brasiliensis y, a pesar del rgido embargo que haba, logr sacarlas de contrabando fuera de Brasil. Consigui germinarlas con xito en los invernaderos de los Reales Jardines Botnicos de Londres y las emple para establecer plantaciones en Ceiln, y posteriormente en otras regiones tropicales de Asia. Desde entonces se han creado plantaciones similares, en un rea que se extiende unos 1.100 km a ambos lados del

ecuador. Aproximadamente un 99% de las plantaciones de caucho estn localizadas en el Sureste asitico. Intentos de introducir plantaciones en zonas tropicales de Occidente han fracasado a causa de la desaparicin de rboles por una plaga en sus hojas. Desarrollo de los procesos de produccin En 1834, el qumico alemn Friedrich Ludersdorf y el qumico estadounidense Nathaniel Hayward descubrieron que si le aadan azufre a la goma de caucho, reducan y eliminaban la pegajosidad de los artculos de caucho. En 1839, el inventor estadounidense Charles Goodyear, basndose en las averiguaciones de los qumicos anteriores, descubri que cociendo caucho con azufre desaparecan las propiedades no deseables del caucho, en un proceso denominado vulcanizacin. El caucho vulcanizado tiene ms fuerza, elasticidad y mayor resistencia a los cambios de temperatura que el no vulcanizado; 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. Recuperacin de desechos Poco despus de la invencin de la llanta de neumtico en 1877, el fabricante estadounidense Chapman Mitchel fund una nueva rama de la industria introduciendo un proceso de recuperacin del caucho de desecho con cido, reciclndolo para usarlo en nuevos productos. Para ello emple cido sulfrico que destruye los tejidos incorporados al caucho, y despus, al calentarlo, consigui que el caucho adquiriera la plasticidad suficiente para incorporarlo en lotes de caucho crudo. Alrededor de 1905, el qumico estadounidense Arthur H. Marks invent el proceso de recuperacin alcalina y estableci el primer laboratorio de fbrica de caucho. Este mtodo permiti la produccin de grandes cantidades de caucho, de gran demanda, sin rebajar sustancialmente la calidad del producto acabado. Al ao siguiente, el qumico estadounidense George Oenslager, que trabajaba en el laboratorio de Marks investigando el uso de caucho de baja graduacin en los procesos de manufacturacin, descubri los aceleradores orgnicos de la vulcanizacin, como la fenilamina y la tiocarbanilida. Estos aceleradores no slo reducan en un 60-80% el tiempo necesario de calentamiento para la vulcanizacin, sino que adems mejoraban la calidad del producto.-

Prolongacin de la vida del caucho El siguiente gran avance en la tecnologa del caucho lleg una dcada ms tarde con la invencin del horno acelerador de la vida del caucho para medir su deterioro. Este horno consegua duplicar en pocos das los resultados de aos de uso corriente. Ello permiti a los tcnicos medir rpidamente el deterioro causado por ciertas condiciones, en especial la exposicin al oxgeno de la atmsfera. El uso de estos hornos llev a los cientficos a aadir agentes antioxidantes al caucho, consiguiendo prolongar la vida de productos como los neumticos de los automviles. En pocos aos surgieron nuevos compuestos qumicos que ralentizaron marcadamente el deterioro de artculos de caucho blando como guantes, lminas y tuberas.Otro desarrollo en la tecnologa del caucho ha sido el empleo de ltex no coagulado. Se desarrollaron mtodos para moldear el caucho en fibras finas para emplearlas en la manufactura de tejidos, como los usados para ropa elstica, y tambin para el electrochapado del caucho en metales y otros materiales. Procesos de fabricacin modernos En la fabricacin moderna de artculos de caucho natural se trata el caucho en mquinas con otras sustancias. La mezcla se procesa mecnicamente sobre una base o se moldea, colocndose luego en moldes para su posterior vulcanizado.Las fuentes principales del caucho puro son las lminas y planchas del ltex de las plantaciones del rbol Hevea, adems del ltex no coagulado empleado en algunas industrias. El caucho reciclado, calentado con lcali durante 12 o 30 horas, puede emplearse como adulterante del caucho crudo para rebajar el precio final del producto. La cantidad de caucho reciclado que se puede utilizar depender de la calidad del artculo que se quiera fabricar. Aditivos En la mayora de los casos, el caucho bruto se mezcla con numerosas sustancias que modifican sus caractersticas. Existen sustancias aditivas que estiran el caucho pero no lo endurecen materialmente, como el carbonato de calcio y la baritina o sulfato de bario. Otros aditivos

reforzantes tambin se aaden para dar dureza al producto final, como el negro de humo, xido de cinc, carbonato de magnesio y ciertas arcillas. Otras sustancias que se emplean son pigmentos, como el xido de cinc, el litopn y muchos tintes orgnicos, y ablandadores, que se usan cuando el caucho es demasiado rgido para mezclarse con otras sustancias, como son ciertos derivados del petrleo (aceites y ceras), la brea de pino o los cidos grasos.El principal agente vulcanizante sigue siendo el azufre. El selenio y el teluro tambin se emplean, pero generalmente con una elevada proporcin de azufre. En la fase de calentamiento del proceso de vulcanizacin, se mezcla el azufre con el caucho a la vez que con el resto de aditivos. La proporcin azufre-caucho vara entre un 1:40 para el caucho blando hasta un 1:1 en el caucho duro. La vulcanizacin en fro, que se utiliza para fabricar artculos de caucho blando como guantes y artculos de lencera, se lleva a cabo por exposicin al vapor de cloruro de azufre (S2Cl2). Los agentes aceleradores de la vulcanizacin que se empleaban en un principio eran solamente xidos metlicos como el blanco de plomo y la cal. A partir de los descubrimientos de Oenslager se empezaron a utilizar una gran variedad de aminas orgnicas. Mquinas masticadoras Antes de mezclarlo con otras sustancias, el caucho es sometido a un proceso de trituracin, llamado masticacin, que lo vuelve suave, pegajoso y plstico. En este estado el caucho est en mejores condiciones para mezclarse con otras sustancias como pigmentos, agentes vulcanizantes y otros aditivos secos. Mquinas mezcladoras El siguiente paso del proceso son las mquinas mezcladoras. stas se asemejan a las mquinas masticadoras, ya que en ambos casos tienen dos rodillos, pero en las mezcladoras estos giran en direcciones opuestas, y en las masticadoras los rodillos giran en la misma direccin pero a diferente velocidad. Tambin se utilizan mquinas mezcladoras de cilindros cerrados, para elaborar disoluciones y pegamentos de caucho mezclado con disolventes.Estos productos lquidos del caucho se emplean en tejidos impermeables y en artculos a los que se da forma introduciendo un molde en la

disolucin, como en el caso de los guantes de goma. Sin embargo, en la mayora de los casos, los ingredientes se mezclan en fro para su posterior satinacin, extrusin u otro proceso previo a la vulcanizacin. Satinacin Una vez plastificado y mezclado con otros ingredientes, el caucho pasa a un proceso de satinacin o extrusin, dependiendo del uso que se le quiera dar.Las satinadoras son mquinas que consisten en tres, cuatro o cinco rodillos del mismo dimetro. La velocidad de rotacin y la distancia entre los rodillos son regulables, segn el producto que se desee elaborar. Las satinadoras se usan para producir lminas de caucho con o sin dibujos, como las estras en los neumticos de los automviles; para comprimir el caucho y darle textura de tejidos o cuerdas, y para revestimiento del caucho con ms capas. Los productos obtenidos con las satinadoras pasan generalmente por otros procesos, como en el caso de la fabricacin de neumticos, antes de su vulcanizacin. Extrusin En este proceso se prensa el caucho a travs de troqueles, haciendo tiras aplastadas, tubulares o de una forma determinada. Se emplea este proceso en la fabricacin de tuberas, mangueras y en productos para sellar puertas y ventanas. Tambin existen procesos de extrusin especficos para el revestimiento de fibras en forma de tubo para mangueras a presin. Vulcanizacin Una vez fabricados, la mayora de los productos del caucho se vulcanizan bajo presin y alta temperatura. Muchos productos se vulcanizan en moldes y se comprimen en presas hidrulicas, aunque la presin necesaria para una vulcanizacin eficaz se puede conseguir sometiendo el caucho a la presin externa o interna del vapor durante el calentamiento. Algunos tipos de mangueras para jardinera estn revestidas con plomo, y se vulcanizan haciendo pasar vapor a alta presin por la abertura de la manguera, comprimindose la manguera de caucho contra el plomo. Una vez acabado el proceso, el plomo se saca de la manguera y se funde para

volverlo a usar. Del mismo modo se emplea el revestimiento de estao para producir ciertos tipos de aislamiento elctrico de alta capacidad. Espuma de caucho y productos moldeados La espuma de caucho se elabora directamente a partir del ltex con sustancias emulsionantes. Se bate mecnicamente la mezcla en una mquina espumante, formando una espuma con millones de burbujas de aire, que se vierte en moldes y se vulcaniza por calentamiento para fabricar objetos como colchones y almohadas.El ltex puede moldearse para hacer artculos como juguetes o guantes de goma, introduciendo moldes de porcelana o de yeso blanco en ltex concentrado. Una capa de ltex se adhiere al molde y se extrae despus de la vulcanizacin. Aplicaciones Comparado con el caucho vulcanizado, el caucho no tratado tiene muy pocas aplicaciones.- Se usa en cementos, cintas aislantes, cintas adhesivas y como aislante para mantas y zapatos. El caucho vulcanizado tiene otras muchas aplicaciones. Por su resistencia a la abrasin, el caucho blando se utiliza en los dibujos de los neumticos de los automviles y en las cintas transportadoras; el caucho duro se emplea para fabricar carcasas de equipos de bombeo y las tuberas utilizadas para perforaciones con lodos abrasivos.Por su flexibilidad, se utiliza frecuentemente para fabricar mangueras, neumticos y rodillos para una amplia variedad de mquinas, desde los rodillos para escurrir la ropa hasta los instalados en las rotativas e imprentas. Por su elasticidad se usa en varios tipos de amortiguadores y mecanismos de las carcasas de mquinas para reducir las vibraciones. Al ser relativamente impermeable a los gases se emplea para fabricar mangueras de aire, globos y colchones. Su resistencia al agua y a la mayora de los productos qumicos lquidos se aprovecha para fabricar ropa impermeable, trajes de buceo, tubos para qumica y medicina, revestimientos de tanques de almacenamiento, mquinas procesadoras y vagones aljibes para trenes. Por su resistencia a la electricidad el caucho blando se utiliza en materiales aislantes, guantes protectores, zapatos y mantas, y el caucho duro se usa para las carcasas de telfonos, piezas de aparatos de radio, medidores y otros instrumentos elctricos. El

coeficiente de rozamiento del caucho, alto en superficies secas y bajo en superficies hmedas, se aprovecha para correas de transmisin y cojinetes lubricados con agua en bombas para pozos profundos. Produccin del caucho La extensin de las zonas dedicadas al cultivo del caucho alcanz su apogeo en los aos inmediatamente anteriores a la II Guerra Mundial (1939-1945). En las posesiones britnicas de la India, Ceiln (hoy Sri Lanka), Malaysia y el archipilago Malayo, las plantaciones llegaron a ocupar cerca de 1.820.000 hectreas. En las Indias Orientales bajo dominio holands (hoy Indonesia), una extensin de cultivos de 1.420.000 hectreas completaban las 3.640.000 hectreas del total mundial, antes de la gran destruccin de cultivos del Lejano Oriente durante la II Guerra Mundial. La importancia poltica y econmica del caucho natural se puso en evidencia durante la II Guerra Mundial cuando se termin el suministro. Este fenmeno aceler el desarrollo del caucho sinttico en algunos pases. En 1990, la produccin mundial de caucho super los 15 millones de toneladas mtricas, de las cuales 10 millones fueron de caucho sinttico. Caucho Sinttico RSB Caucho SBR Existen diferentes tipos de cauchos, y estos se pueden clasificar en dos grandes grupos: el caucho natural y el caucho sinttico. La principal diferencia entre ambos radica en el origen de las materias primas. A continuacin se explica cada uno de ellos: Caucho Natural : Este se obtiene a partir de un fluido lcteo llamado ltex hallado en muchas especies vegetales tpicas de regiones trropicales. Caucho sinttico : Este se obtiene a partir del procesamiento de hidrocarburos. Hoy en da, el caucho posee mltiples utilidades en diferentes tipos de industrias (automotriz, calzado, adhesivos, etc.). Actualmente en la Argentina hay ms de 300 empresas que elaboran productos relacionados

con el caucho dando trabajo a ms de 10.000 personas (contado obreros, tcnicos y empleados). De aqu deriva la importancia del mismo. El Caucho Estireno Butadieno ms conocido como caucho SBR es un copolmero (polmero formado por la polimerizacin de una mezcla de dos o ms monmeros) del Estireno y el 1,3-Butadieno. Este es el caucho sinttico mas utilizado a nivel mundial. Clasificacin de Cauchos Sintticos Cauchos de usos mltiples Los polmeros utilizables se derivan de monmeros obtenidos por el craqueo de la nafta mediante vapor. La caracterstica comn a la mayora de estos elastmeros es la doble ligadura residual que favorece la vulcanizacin. A continuacin se encuentran los cauchos de mltiples utilidades: El copolmero estadstico de estireno/butadieno (SBR) (75% de butadieno en peso) se usa principalmente en cubiertas de automviles livianos, puro o mezclado con goma natural. El polibutadieno da a los neumticos gran resistencia a la abrasin, excelente resistencia en condiciones de baja temperatura (la mejor de las gomas de usos mltiples) y muy buen comportamiento de envejecimiento. Sin embargo, exhibe baja adherencia a una superficie hmeda, generando deslizamiento. Por eso se emplea mezclada con SBR o bien goma natural. El cis-1,4 poli-isopreno es una rplica casi perfecta de la goma natural, y por lo tanto puede sustituirla sin dificultad alguna. Las gomas obtenidas por copolimerizacin de etileno/propileno y denotadas EP son incompatibles con otros elastmeros de usos mltiples. Tambin son difciles de vulcanizar y carecen de adherencia. La introduccin de un termonmero (hexadieno, diciclopentadieno) permite la vulcanizacin por el proceso usual con azufre, pero aumenta los costos significativamente. Cauchos de usos Especializados

La demanda mundial de gomas especializadas es de aproximadamente 10% de la demanda total de goma. Muchos elastmeros se encuentran en esta categora, y los principales se discuten a continuacin. La goma de butilo es un copolmero de isobuteno con aproximadamente 2% de isopreno. Se usa principalmente en la produccin de tubos internos debido a su excelente impermeabilidad a los gases. El policloropreno o neopreno se usa en una amplia variedad de aplicaciones relacionadas con su resistencia a los aceites y solventes. La goma de nitrilo , un copolmero de butadieno/acrilonitrilo (75% de butadieno en peso) se usa especialmente por su excelente resistencia a aceites y solventes aromticos. Sin embargo, su procesado es difcil. Los termoplsticos elastmeros son copolmeros trisecuencia estireno/butadieno/estireno o bien estireno/isopreno/estireno. Estos materiales exhiben propiedades de elastmeros, pero pueden ser procesados como termoplsticos sin vulcanizacin. Clasificacin de Cauchos SBR De acuerdo con el cdigo del International Institute of Synthetic Rubber Producers (Instituto Internacional de Productores de Goma Sinttica, IISRP), los copolmeros de SBR se clasifican en diferentes categoras: SBR serie 1000: Copolmeros obtenidos por copolimerizacin en caliente. SBR serie 1500: Copolmeros obtenidos por copolimerizacin en fro. Sus propiedades dependen de la temperatura de reaccin y del contenido de estireno y emulsificante. La variacin de estos parmetros afecta el peso molecular y por lo tanto las propiedades de la mezcla vulcanizada. SBR serie 1700: SBR 1500 extendida con aceite. SBR series 1600 y 1800: Se mezcla negro de carbn con goma SBR 1500 durante la produccin mediante la incorporacin de una dispersin acuosa de negro de carbn con el ltex de SBR previamente extendido con aceite. Se obtiene una mezcla maestra cercana al producto final luego de la coagulacin y secado .

Diferencias entre el Caucho SBR y el Caucho Natural A continuacin se ver la comparacin entre el caucho SBR y el caucho natural: SBR es inferior a la goma natural para procesado, resistencia a la traccin y a la rotura, adherencia y calentamiento interno. SBR es superior en permeabilidad, envejecimiento, y resistencia al calor y desgaste. La vulcanizacin de SBR requiere menos azufre, pero ms acelerador. El efecto reforzador del negro de carbn es mucho ms pronunciado sobre SBR que sobre goma natural. Para uso en neumticos, SBR es mejor para vehculos de pasajeros, en tanto que la goma natural es preferible para vehculos utilitarios y autobuses. Las SBR extendidas con aceite se usan principalmente para fabricacin de neumticos, correas cintas transportadoras, etc.) y suelas de zapatos; las mezclas maestras de SBR se emplean en la produccin en masa de cubiertas de neumticos. Cuadro comparativo Propiedades Caucho Natural SBR Rango de Dureza 20-90 40-90 Resistencia a la rotura Buena Regular Resistencia abrasiva Excelente Buena Resistencia a la compresin Buena Excelente Permeabilidad a los gases Regular Regular 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 masticacin 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 ms de potencia y generan ms calor durante el mezclado. Dado que su viscosidad es ms constante y menos sensible a la masticacin mecnica, permiten establecer condiciones de trabajo normalizadas con menor riesgo de variacin 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 debern utilizar resinas que favorezcan esta caracterstica, 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 ptima dispersin de mezclado. Sus propiedades de extrusin son superiores a las del Caucho Natural por tener menor tendencia a la pre vulcanizacin (excepto que el nivel y tipo de negro de humo influya ms que el caucho en este aspecto). Propiedades de ruptura Ya hemos mencionado anteriormente que, debido a que su estructura molecular no permite la cristalizacin, los cauchos SBR no tienen buenas propiedades mecnicas por si solos y requieren altos volmenes de carga reforzante en los compuestos. El tamao de partcula 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 tamao de partcula pequeo, dan los valores ms altos en carga ptima; con un exceso de negro de humo, ms all de un cierto nivel, la carga de rotura comienza a decrecer. Propiedades dinmicas

Las propiedades dinmicas del caucho SBR limitan su uso para aplicaciones donde la generacin de calor debido a solicitaciones cclicas es importante: debido a su gran fase plstica, los vulcanizados de SBR tienen alta histresis. Quizs este comportamiento sea la diferencia ms grande que, con respecto a las propiedades dinmicas, tenga el caucho SBR con respecto al Natural. Esta desventaja del SBR es crtica, cuando se trata de artculos de goma de gran espesor, sometidos a esfuerzos repetitivos debido a la mala conductividad trmica de la goma y a su consecuente ineficiencia en la disipacin de calor. Ante el fenmeno 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. Degradacin De los dos tipos de degradacin se puede afirmar que el caucho SBR aventaja al natural tanto en resistencia a la reversin como en resistencia al ozono, y envejecimiento oxidativo en general. Su resistencia al ozono le da mayor posibilidad de uso en artculos expuestos a la intemperie cuando no hay razones que justifiquen el uso de otro elastmero ms resistente. Abrasin El caucho SBR tiene buena resistencia al desgaste, especialmente a aquel que responda ms a mecanismos de fatiga por rozamiento. En este sentido se comporta mejor que el Caucho Natural y de ah su adopcin casi universal en las bandas de rodamiento para neumticos de automviles. (su alta histresis, que se manifiesta en una mayor generacin de calor, restringe su uso en cubiertas de vehculos pesados, donde el espesor de la banda de rodamiento no permite como ya se dijo, disipar el calor en prejuicio de la resistencia y duracin del casco de la cubierta).

Su resistencia a la abrasin 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 formulacin. Produccin de caucho SBR Mtodos de Produccin de las materias primas Obtencin del Butadieno Se obtiene principalmente a partir de los gases del petrleo segn diferentes procesos. El primero se basa en el cracking trmico del petrleo, aumentando la temperatura y disminuyendo la presin de manera de mejorar el rendimiento de Butadieno como producto. El ms utilizado en la actualidad, se fundamenta en la deshidrogenacin cataltica del Butano o del Butileno. En el caso de emplear butano se deshidrogena primero a butileno y despus a Butadieno: En ambos casos el producto obtenido a de purificarse a travs del agregado de un agente de eliminacin que forma una mezcla de ebullicin constante con el Butadieno disminuyendo la volatilidad de este ultimo respecto de sus impurezas. Este mtodo permite obtener un producto con un 99% de pureza. No obstante la extraccin por disolvente parece ser el mtodo con mejor rendimiento. El disolvente utilizado en esta tcnica es el furfural. Es posible tambin, obtener Butadieno a partir de alcohol etlico por medio de la conversin cataltica: El proceso europeo utiliza acetaldehdo como materia prima, el cual forma Aldol y por hidrogenacin se obtiene el 1,3-butileno glicol que por deshidratacin de butadieno. El proceso americano fabrica butadieno partiendo de alcohol etlico. El alcohol se oxida cataliticamente a acetaldehdo, y ste reacciona en caliente con ms alcohol en presencia de un catalizador para formar el butadieno:

Obtencin del Estireno Tambin llamado vinilbenceno, se prepara a partir del benceno y acetileno mediante la reaccin de Friedel-Crafts. El etilbenceno obtenido se deshidrogena por su mezcla con vapor a 800 C , en presencia de un catalizador de bauxita: Mtodos de Produccin del Caucho SBR A continuacin se encuentra un cuadro comparando las propiedades de cauchos SBR obtenidos por ambos procesos: Las proporciones respectivas de butadieno y estireno en el copolmero son de aproximadamente 75 y 25% en peso para un caucho SBR Sinttico. Este tipo de goma es fabricado mediante dos tipos de procesos industriales: Procesos en los cuales la polimerizacin se lleva a cabo por medio de radicales libres en emulsin en agua y a baja temperatura (polimerizacin en emulsin en fro). Notar que el mtodo de polimerizacin en caliente (goma caliente) que usaba persulfatos como iniciadores, se descart en favor de la polimerizacin en fro, que se difundi con la adopcin de sistemas redox Procesos de polimerizacin en solucin aninica. A continuacin se encuentra un cuadro comparando las propiedades de cauchos SBR obtenidos por ambos procesos: Propiedades Emulsin en Fro Solucin Resistencia a la tensin (Kg/cm2) 211 227 Elongacin a la rotura (%) 380 470 Mdulo (300%) (Kg/cm2) 155 137 Resistencia al desgarro (lb/in a 20C) 320 310 Procesos de Emulsin en Fro

Esta es la tcnica ms usada, y representa el 90% de la capacidad de produccin mundial. Todos los procesos son continuos y generalmente estn altamente automatizados. Tienen la capacidad de producir muchos tipos de SBR. Los licenciatarios del proceso son Firestone Tire and Rubber Company (Compaa Firestone de Neumticos y Goma, USA), Goodrich (USA), Polymer Corporation (Canad), e International Synthetic Rubber (Goma Sinttica Internacional, Reino Unido). Cada instalacin posee cuatro secciones: Preparacin de reactivos Polimerizacin. Recuperacin de monmeros. Coagulacin y secado de goma. Preparacin de reactivos Los monmeros son tratados con soda custica en tanques agitados para remover los inhibidores de polimerizacin usados para el transporte y almacenamiento de monmeros. A continuacin los efluentes son lavados con agua para remover cualquier vestigio de custica. Los dos monmeros, parte de los cuales representa la corriente de reciclaje luego de la reaccin, son mezclados en proporciones en peso de butadieno/estireno de 3 a 1. Se usan tanques de peso y de preparacin para preparar las diferentes emulsiones y soluciones requeridas para las secciones de reaccin o bien de acabado del producto. Solucin de jabn Este es usado como provisin emulsificadora. Su composicin depende del tipo de producto final deseado. Usualmente es una solucin de jabn de cidos grasos o sales cidas carboxlicas, tales como cido verstico o cido benzoico.

Iniciador Todos los procesos usan sistemas redox. Como agente reductor frecuentemente se utiliza sulfoxilato de sodio. El agente oxidante es hidroperxido de cumeno o, preferentemente, hidroperxido de paramentano, que permite velocidades de reaccin mayores, dada su capacidad para descomponerse rpidamente. El quelatante es sulfato ferroso. Terminacin abrupta En la abrumadora mayora de los casos, la conversin de monmeros es menor del 65%, dado que la elevada conversin causa una transformacin parcial del polmero en gel. Para garantizar una calidad uniforme del producto, la reaccin se detiene apenas se alcanza la conversin deseada. Se usan varios inhibidores en solucin, tales como dimetilditiocarbamato de sodio. Estabilizadores Estos son emulsiones que se agregan al ltex antes de la coagulacin para prevenir la degradacin por oxidacin y el entrecuzamiento del polmero 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 polimerizacin genera un ltex, es decir una masa viscosa en emulsin. Si se desea un elastmero slido, el ltex debe ser coagulado mediante el agregado de sustancias qumicas. El coagulante principal es una solucin de cloruro de sodio conteniendo cido sulfrico. Reguladores del peso molecular El peso molecular del producto final se regula mediante mecaptanes como dodecil mercaptn, que ayuda a limitar el peso molecular originando transferencias de cadenas. Reaccin de polimerizacin

La reaccin transcurre en una serie de reactores agitados, a una temperatura de 5C y una presin de 1 a 4 bares para mantener el butadieno en estado lquido. El tiempo de polimerizacin es de 10h. Cada reactor, con una capacidad de 15 a 20 m3 , se mantiene en una atmsfera inerte para evitar cualquier entrecruzamiento. Estos reactores cuentan con una camisa externa, y estn equipados con una bomba de circulacin de salmuera fra (amonaco). Una instalacin con una capacidad de produccin de 40.000 t/ao de polmero seco requiere diez reactores en serie. La emulsin pasa a travs de cada reactor en flujo ascendente durante 1 h antes de pasar al reactor siguiente. Por lo tanto, para la conversin total del 60%, la conversin de monmero por reactor deber ser del 6%. Se introduce una solucin de dodecil mercaptn en el reactor final para detener la polimerizacin. Se usa un aditivo como hidrazina o un derivado de la hidroxilamina para evitar la formacin de espuma (palomitas de maz') cuando el ltex es calentado. El ltex se bombea a un tanque de amortiguamiento mantenido a una presin de 4 bares a 50C por inyeccin abierta de vapor. Recuperacin de monmeros El 40% de los monmeros no reaccionante debe ser recuperado y a continuacin, reciclado. El butadieno es vaporizado en dos tanques de accin rpida en serie. Los ltimos restos de butadieno son removidos por medio de una bomba de vaco. Este es enfriado, recomprimido, y luego enviado a un decantador, donde se separa del agua. A continuacin es bombeado a un tanque de almacenamiento en presencia de un inhibidor. El ltex libre de butadieno es bombeado a una columna de bandejas en la base de la cual se inyecta vapor (5 bares) para desalojar el monmero de estireno. Este es enfriado y enviado a un tanque de decantacin, donde se separa del agua arrastrada. Luego es bombeado al tanque de almacenamiento.

Coagulacin y secado El ltex que abandona el fondo de la columna es enfriado y luego almacenado en tanques de homogeneizacin (volumen unitario 800 m3 ). El nmero 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 ltex, el que entonces se coagula por el agregado sucesivo de sal y cido sulfrico diluido. Rompiendo la emulsin, el cido permite al copolmero precipitar en forma de migajas, las que se enjuagan con agua para remover impurezas inorgnicas. A continuacin el polmero, que contiene aproximadamente 50% de agua, es secado (horno de tnel) y prensado en forma de fardos de 40 kg . Proceso de Emulsin en Fro Insumos del Proceso La tabla que se encuentra a continuacin posee las materias primas necesarias para producir un Caucho SBR de la serie 1500. Producto Partes en peso Butadieno 72 Estireno 28 Agua 180 Jabn de cidos grasos 4,5 Otro emulsificante 0,3 Dodecil mercaptn 0,2 Hidrxido de P-mentano 0,63 Sulfato ferroso 0,01 Sulfoxilato de Sodio 0,05

Procesos de polimerizacin en solucin Estos procesos representan el 10% de la capacidad mundial, y se usan en algunos pases adems del proceso de emulsin. El mtodo de solucin ofrece la ventaja de una gran flexibilidad, dado que permite la produccin de SBR o polibutadieno mediante el uso de iniciadores con base de litio. Sin embargo, las gradaciones de SBR de los procesos en solucin son ms difciles de procesar que los polmeros de procesos en emulsin, dificultando su uso en neumticos. Los licenciatarios del proceso son Firestone Tire and Rubber Company (USA), Phillips Petroleum Company (USA) y Shell (Pases Bajos). Las capacidades por lnea van de 25.000 a 30.000 t/ao. Estos procesos, que son muy similares al proceso de polimerizacin de butadieno en solucin, son adecuados para capacidades de hasta 100.000 t/ao. Algunos puntos importantes: 1. El iniciador es butilo de litio. 2. El solvente es un hidrocarburo como el hexano. La proporcin de pesos solvente/monmero es de 8. Esto produce un polmero ms viscoso hacia el final de la reaccin, en tanto que asegura adecuada agitacin del reactor y una buena transferencia de calor. Una concentracin de monmero ms elevada en el solvente ayudara a incrementar la velocidad de polimerizacin y a reducir el nmero de reactores, pero exigira mayor rea de intercambio de calor y limitara el peso molecular del monmero, dada la alta viscosidad del medio reactivo. 3. Los reactores son de acero vitrificado, encamisados y equipados con un agitador de turbina. 4. La reaccin de polimerizacin tiene lugar a 1,5 bares y 50C. El tiempo de la reaccin es de 4h para una conversin de un 98%. 5. El sistema de purificacin por remocin por golpe y vapor debera servir para obtener el mximo de recuperacin de hexano, y tambin para concentrar la SBR de la pasta (la pasta es la solucin de polmero concentrada del 10 al 15%).

6. Las operaciones de acabado son las mismas que aquellas descriptas para el caso del proceso de emulsin. Aplicaciones del caucho Fabricacin de tubos Los tubos y mangos de caucho pueden clasificarse en tres grupos: 1Tubos fabricados exclusivamente de caucho, estos son muy utilizados para alimentar aparatos porttiles con gas, agua, aire comprimido, mecheros de Bunsen, etc; pudiendo estar constituidos por dos capas superpuestas, una interior de mayor calidad, generalmente roja, y otra exterior negra, de refuerzo. 2- Tubos de tela interpuesta de una o varias capas de caucho y telas de lana intercaladas con el fin de que puedan resistir grandes presiones. 3- Tubos de caucho trenzados de los cuales la camisa interior es de caucho de excelente calidad, se reviste exteriormente de uno o dos trenzados de hilo de algodn, lino, seda, etc., segn su aplicacin.Fabricacin de correas Las correas de caucho no se componen nicamente de este material sino de numerosas tela de algodn de alta calidad cauchotadas y superpuestas hasta obtener el espesor exigido por el esfuerzo mecnico que la correa ha de transmitir.Fabricacin de hojas inglesas de caucho Se designan por hojas de caucho a las lminas fabricadas con caucho de plantacin, de primera calidad, por medio de tratamientos mecnicos. stas tiene escaso contenido de resina, ya que la abundancia de stas las hace quebradizas en fro.Fabricacin de esponjas de caucho Las esponjas de caucho son resistentes a la mayora de los productos qumicos, propiedad de la que carecen las esponjas naturales. Adems conserva siempre su flexibilidad y elasticidad. Se pueden fabricar en formas regulares y todas las dimensiones. Tambin pueden emplearse corno aislantes del calor, electricidad, y sonido. Aadiendo materiales colorantes se pueden fabricar esponjas de todos los colores.-

Fabricacin de sondas y tubos de ciruga En estos objetos se emplean las hojas inglesas de caucho. Para la fabricacin de sondas se emplean mandriles del dimetro interior de la sonda, el mandril es sumergido varias veces en la solucin de caucho hasta alcanzar el espesor de 1mm.Fabricacin de tejidos impermeables Para la fabricacin de tejidos se emplean dos procedimientos, el ms econmico consiste en adoptar una pelcula de la materia impermeabilizante al tejido que se quiera impermeabilizar, extendida uniformemente con ayuda de una calandra. El segundo procedimiento es ms lento, complicado, y costoso, este consiste en la evaporacin del disolvente de una capa fina aplicada en forma de barniz sobre la tela por medio de mquinas de engomar llamadas SPREANDING. El primer procedimiento tiene numerosas aplicaciones en tejidos destinados a los artculos de precio reducido, mientras que las telas impermeables de alta calidad y resistencia son usadas para aviacin, aeronutica, neumticos, impermeables finos, se elaboran por el segundo mtodo.Fabricacin de neumticos El caucho bruto se amasa en molinos de masticacin y mezcla, que consiste en dos rodillos girando a diferentes velocidades. El caucho se ablanda, probablemente a causa de la rotura de sus largas molculas en otras ms cortas.Despus de ser amasado se agregan: 1- Negro de carbn 2- xido de zinc 3- Azufre 4- Caucho regenerado y ablandadores cada uno de estos ingredientes cumple un finalidad determinada. El negro de carbn, sirve para aumentar la resistencia a al abrasin. El xido de zinc es un acelerador de vulcanizacin, y el caucho regenerado se utiliza para disminuir el costo del neumtico acabado. Los productos qumicos que actan como aceleradores se incorporan para acortar el tiempo de vulcanizacin y para proteger el caucho acabado del envejecimiento por la accin de la luz y del aire.-

Los ablandadores o plastificantes son aceites minerales o plastificantes, son aceites minerales o vegetales, ceras y alquitranes. De las mquinas de masticacin el caucho pasa a travs de calandrias, que consisten en tres rodillos huecos colocados uno encima del otro. Quedando obligado el caucho a laminarse en hojas finas, y entre los rodillos se introducen tambin tejidos de algodn, con el objeto de que el producto sea una lmina fina adherida al tejido.El tejido cauchado se corta en tiras. De esta manera las cuerdas estarn formando un ngulo y tendrn mayor resistencia. Se da forma a las tiras sobre un ncleo de hierro para obtener el armazn del neumtico. Alrededor del armazn se da forma a la superficie de rodadura, que es una tira de caucho masticado y compuesto finalmente se aplica al borde. El borde es una tira de caucho muy duro que lleva hilos de alambre y forma el borde del neumtico que ha de estar en contacto con la pestaa de la rueda. El neumtico montado se coloca en un molde en el que se ha tallado el patrn de la rodadura. El calor se ha suministrado por vapor y la presin hacen que el azufre vulcanice el caucho.EI neumtico se inspecciona y se envuelve. Manufacturas de cmaras La fabricacin de cmaras o tubos interno, es algo parecido. El caucho se mastica, agregando los ingredientes de la frmula, pero en vez de laminarse en tiras, se lo obliga a pasar a travs de una mquina de extriccin. Esta es una mquina parecida a la de hacer salchichas, y consiste en un rodillo que gira en el hueco de un cilindro, obligando al caucho a pasar por un troquel produciendo un tubo de caucho, este tubo se corta en la longitud apropiada, se empalman los extremos formando un anillo, se infla, y se vulcaniza con vapor de caldera.Aunque la fabricacin y produccin de neumticos y cmaras de automviles son realmente representativas de la manufactura del caucho, cada artculo fabricado de caucho requiere frmulas de composicin especiales as como de ingredientes y manipulaciones bastante peculiares. La formulacin de las mezclas de caucho es comprimida y vara considerablemente de acuerdo a cada producto a fabricar.

Ingeniero Industrial Ser responsable del sector destinado a la fabricacin y moldeo de goma, para lo cual deber realizar la programacin de la produccin, controles de procesos y calidad. Tendr a su cargo el manejo del laboratorio; se requieren y conocimientos para realizar formulaciones ensayos qumicos.