El hule natural y el hule sintético

El hule natural es un polímero caracterizado por sus moléculas largas y filiformes, el cual se obtiene a partir de una secreción (látex natural) que mana del tronco de algunas especies vegetales, a través de incisiones o cortaduras hechas sobre la corteza del mismo.

Alrededor del 99 por ciento de todo el hule natural proviene del Hevea brasiliensis. Este es el árbol que podemos llamar el árbol del hule. El hevea crece en climas húmedos y calientes en suelos ácidos y bien drenados.

Los más finos hules crecen en regiones que caen dentro de un cinturón que se extiende alrededor de 1,100 kilómetros a cada uno de los lados del ecuador. Los árboles se empiezan a explotar alrededor de 6 a 7 años después de plantados, aún cuando su máximo rendimiento lo logran después del décimo año. Los árboles de hule rinden su máxima capacidad por alrededor de 25 a 30 años.

Las plantaciones de hule emplean trabajadores llamados picadores quienes recolectan el látex de los árboles. El picador corta un estrecho canal en el tronco del árbol entre 1.20 m. y 1.50 m. arriba del suelo.

El canal corre diagonalmente hacia abajo alrededor de la mitad del tronco. Al final del corte el picador coloca una canaleta de metal en forma de U, la cual llega a una pequeña tasa. El látex mana del corte y fluye hacia la taza. Alrededor del 30 al 35 por ciento del látex consiste de hule puro.

En algunas plantaciones se pica el árbol cada tercer día. En otras plantaciones se pica diariamente por quince días y luego se permite al árbol “descansar” por otro período igual.

El látex natural se puede dañar fácilmente, y debe ser transformado en hule crudo tan pronto como sea posible después de la pica. Esto se hace en el “beneficio” separando el hule natural del agua y otros materiales. El hule coagulado es ' transformado en crepe, granulado o lamina ahumada. En el beneficio se producen varias calidades de hule, las cuales se clasifican como hule seco y hule líquido.

El hule es un producto especialmente útil por varias razones: retiene el aire, es repelente al agua, no conduce fácilmente la electricidad y tiene larga duración, sin embargo, su principal importancia es que es elástico.

La sociedad moderna depende tanto del hule que sería casi imposible su funcionamiento sin él. No pasa lo mismo con la mayor parte de los materiales, que pueden ser sustituidos con mucha mayor facilidad en la mayor parte de sus usos.

Aun cuando el hule natural posee propiedades intrínsecas que lo convierten en un elemento insustituible, sus características han sido igualadas mediante procesos químicos que dieron lugar a los denominados hules sintéticos. Aún cuando es posible obtener estos productos a partir de diversas materias primas, especialmente del carbón, por razones de costo se derivan mayoritariamente del petróleo.

Los fabricantes agrupan el hule sintético en dos clases: de propósito general y para propósitos especiales.

Los hules de propósito general tienen muchos usos en que sustituyen al hule natural, en tanto que los de propósito especial tienen propiedades tales como resistencia a aceites, combustibles, aire y temperaturas extremas que lo hacen mejor que el hule natural para ciertos usos.

El mundo usa ahora prácticamente el doble de hule sintético que de hule natural. Esto se debe a que el hule sintético puede ser producido en forma suficientemente barata para competir con el costo del hule natural. Sin embargo, el costo creciente del petróleo y el carbón, y su carácter de perecederos, han disminuido el crecimiento de la producción de hule sintético.

Ameripol Additives ofrece una amplia gama de hule, incluyendo EPDM, NBR y SBR y aditivos para ellos.

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El hule EPDM

El EPDM es un termopolímero de etileno propileno que tiene un tercer monómero capaz de ser vulcanizado con azufre. Este tercer monómero entra en la molécula en una porción que oscila entre el 0.1 y 1.0 mol/kg, dependiendo de la proporción del dieno empleado, se contribuyen a dar características diferentes a cada una de las moléculas.

El comportamiento de EPDM en el mezclador es sensible, es decir, que no rompe su nervio de forma apreciable, por lo que tiene que añadirse aceite naftenico o parfinico para facilitar la obtención de una buena mezcla. Se ha demostrado que con un mejor proceso de mezcla y una vulcanización más fácil, se obtienen una distribución uniforme de los monómeros y un menor peso molecular.

Las bondades principales de EPDM, son su resistencia excelente a la oxidación, ozono y los efectos de desgarre. Son muy flexibles, por lo cual se puede agregar altos niveles de rellenos y plastificantes manteniendo buenas propiedades físicas y permitiendo producir mezclas funcionalmente económicas.

Son muchos los cauchos de EPDM que existen en el mercado con diferentes viscosidades y peso molecular, permitiendo escoger el mejor caucho para un proceso en particular y para ciertos requisitos del producto. Particularmente, pueden agruparse en cuatro grupos principales que son:

Los polímeros de alta viscosidad, tienen, por lo general, una resistencia a la tracción mayor, así como sus módulos y dureza, que los de baja viscosidad, pero el alargamiento a la rotura es inferior. Los de alta viscosidad son los aconsejables para mezclas con alto contenido de carga y aceite.

Características de los polímeros de alta viscosidad

En el caso de cargas blancas, los valores físicos que se obtienen están en relación con su tamaño de partícula, siendo mejores, cuando más pequeñas son sus partículas. Asimismo, el tamaño de partícula afecta también a la deformación remanente, pero en sentido contrario, dando los mejores valores con partícula de tamaño mayor. También la fuerza de tensión está influenciada por el tiempo de vulcanización, ya que los mejores valores se obtienen con tiempos cortos, dando las vulcanizaciones largas, reducciones sensibles en dichos valores. La elongación, como es lógico, viene aumentada tanto con vulcanizaciones largas, como disminución del tiempo optimo de vulcanización.

Ameripol Chemical S. A. de C. V. es una empresa dedicada a satisfacer las necesidades del mercado doméstico en especialidades para la industria del plástico, el hule, pinturas, lubricantes, electrónica, construcción y alimenticia, en general.

Ameripol Chemical cuenta con una amplia variedad de hules de EPDM y aditivos para hules.

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El proceso de vulcanización del hule

La vulcanización es el proceso mediante el cual se transforman las propiedades del hule crudo un alto peso molecular, que se encuentra en un estado plástico a un estado elástico en el cual sus propiedades lo hacen utilizable en un sin fin de aplicaciones.

La vulcanización puede tardar mucho tiempo e incluso puede ser tan lenta que pasen días y el grado de vulcanización sea mínimo, de ahí la necesidad de utilizar aceleradores los cuales pueden reducir este tiempo de horas en minutos.

La primera función de un acelerador, es como su nombre lo indica, incrementar la velocidad de vulcanización. En general un acelerador también nos ayuda a incrementar la fuerza de tensión, módulo, histéresis, envejecimiento y hace posible obtener una amplia variedad de polímeros con diferentes características.

La aceleración fue descubierta hacia 1906 cuando se observó que al adicionar anilina a un sistema de azufre y óxido de zinc el tiempo de vulcanizado decrecía de manera importante. Se encontró que las dialquil aminas también incrementaban la velocidad de vulcanización.

Posteriormente se descubrió que el óxido de zinc tenía un efecto activador en los aceleradores y después se descubrió que los ácidos grasos como el ácido esteárico incrementaba la activación del óxido de zinc.

De manera que en la vulcanización están involucrados cuatro tipos de ingredientes; los aceleradores, los activadores, los agentes de vulcanización y los retardadores.

Los aceleradores pueden clasificarse de acuerdo a su obtención.

Los obtenidos de anilina:

Los obtenidos de las aminas:

Los tiazoles y las sulfenamidas son aceleradores de más uso. Pero la clasificación que más se utiliza es de acuerdo a la velocidad de vulcanización que se logra con cada uno de ellos, como lo muestra la siguiente tabla:

El formulador es el responsable de seleccionar los aceleradores y esto lo hace basándose en su composición química pero principalmente por su comportamiento específico:

“Scorch time” se refiere al tiempo que pasa para que empiece la vulcanización a un temperatura elevada. Normalmente se lleva un registro de las temperaturas y tiempos de vulcanizado de manera que se puede establecer una medida, también se puede determinar en un reómetro verificando la viscosidad de la muestra.

Ditiocarbamatos

Dentro de estos encontramos los siguientes aceleradores que se describen de la forma siguiente:

Este grupo es ampliamente utilizado como aceleradores secundarios en hule natural, poli-isopreno y EPDM, su más grande uso está en el látex. Se requiere utilizar antioxidantes con estos aceleradores, imparten buena resistencia a la tensión, no decoloran, no imparten ningún olor y pueden ser utilizados en productos transparentes.

Tiuram

Dentro de éstos encontramos los siguientes aceleradores que se describen en la siguiente figura:

Este grupo no presenta problema alguno para dispersarse, puede comportarse como las sulfenamidas en presencia de azufre durante el mezclado. Se utilizan en muy pequeñas cantidades como aceleradores secundarios, requieren de la adición de óxido de zinc y les ayuda el ácido esteárico.

Los productos fabricados con estos aceleradores presentan una buena resistencia el envejecimiento y una baja compresión set a altas temperaturas. Utilizando algunos antioxidantes es posible obtener mucho mejores resultados en la resistencia al envejecimiento ya sean estos manchantes o no manchantes.
Los tiuram tienden a emigrar y esta tendencia aumenta en el siguiente orden: DTD, TMTM, TMTD.

No decoloran, pueden utilizarse para productos transparentes, pueden dar un ligero olor a los productos pero este desaparece rápidamente.

Tiazoles

Dentro de estos encontramos los siguientes aceleradores que se describen en la siguiente figura.

Estos dispersan bien sobre todo si su punto de fusión no es alcanzado durante el mezclado.

El mercapto en especial tiene un efecto peptizante sobretodo si es agregado al inicio del ciclo de masticado sin azufre. También protege contra el envejecimiento muy por arriba de los demás aceleradores incluyendo las sulfenamidas. Utilizando sólo el mercapto obtenemos una buena resistencia.

Tiazol- sulfenamidas

Dentro de estos encontramos los siguientes aceleradores que se describen en la siguiente figura.

La estabilidad de las sulfenamidas está limitada por la temperatura, de manera que es recomendable agregarlas al final del ciclo de mezclado en el banbury o en el molino, se debe evitar trabar a temperaturas por arriba de los 120ºC  ya que se corre el riesgo de que se descompongan o que el tiempo scorch se reduzca peligrosamente.

Las sulfenamidas son fáciles de dispersar una vez que se han fundido en el mezclador.

El óxido de zinc debe utilizarse en conjunto con las sulfenamiedas y se recomienda el uso de ácido esteárico para lograr buenos valores de módulo, por último se debe estar atento al tiempo de vida en anaquel.

Al trabajar con cantidades iguales de azufre no se obtiene una buena resistencia al envejecimiento. Es posible utilizarlas en la fabricación de compuestos traslúcidos. Dan un ligero sabor a los productos terminados.

Guanidinas

Dentro de estos encontramos los siguientes aceleradores que se describen en la siguiente figura.

Son de fácil dispersión y requieren de óxido de zinc. En este caso el ácido esteárico tiene un efecto retardante.

Cuando son utilizadas solas tienen una muy baja velocidad de curado aparte de que dan una pobre  resistencia al calor y a la oxidación, puede combinarse con el mercaptobenzotiazol para incrementar la resistencia al envejecimiento aparte de que debe emplearse algún antioxidante.

Se pueden obtener muchas propiedades mecánicas utilizando altas cantidades de azufre, dan un ligero olor y sabor amargo al producto terminado.

Ameripol Chemical S. A. de C. V. es una empresa dedicada a satisfacer las necesidades del mercado doméstico en especialidades para la industria del plástico, el hule, pinturas, lubricantes, electrónica, construcción y alimenticia, en general.

Ameripol Chemical cuenta con una amplia variedad de aceleradores para el proceso de vulcanización.

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