Química: vulcanización del caucho🕒 Tiempo estimado: 6 minutos de lectura
El caucho natural es un polímero, una macromolécula, que se forma a partir de moléculas de isopreno (metilbut-1,3-dieno). Generalmente, se obtiene mediante la extracción del látex del árbol del caucho (Hevea brasiliensis), como se ilustra a continuación:
Este látex se filtra y se le agrega amoníaco (NH3) para su conservación, además de varios ácidos o sales conservantes que provocan su coagulación y separación del líquido, formando una masa blanca y pastosa. Luego, esta masa se somete a procesos de molienda y purificación para eliminar posibles impurezas y se seca.
Sin embargo, el caucho en su estado bruto presenta algunas características no deseables para su uso en la industria, como su baja resistencia a la tracción, su solubilidad en solventes orgánicos, su susceptibilidad a la oxidación y su baja resistencia al calor y a las variaciones de temperatura. Por ejemplo, en días calurosos, el caucho tiende a volverse suave y pegajoso, mientras que en días fríos se vuelve duro y quebradizo.
Para superar estos problemas, el caucho se somete a un proceso conocido como vulcanización, que fue descubierto accidentalmente en 1838 por Charles Goodyear (1800-1860) cuando dejó caer una mezcla de caucho y azufre sobre una estufa caliente y observó que la mezcla se quemaba pero no se derretía.
Vucalización y azufre
La vulcanización implica la adición de azufre al caucho y su calentamiento utilizando catalizadores. En el siguiente diagrama se muestra cómo los enlaces dobles en el poliisopreno (el polímero del caucho) se rompen y se forman puentes de azufre, creando una estructura tridimensional:
Estos puentes de azufre hacen que el caucho tenga una baja histéresis y una baja deformación permanente. La histéresis se refiere al retraso en la respuesta de un sistema cuando se le somete a una solicitud externa. Por ejemplo, si se comprime una pieza de caucho crudo, este tardará un tiempo en recuperar su forma original debido a su alta histéresis. En cambio, el caucho vulcanizado volverá rápidamente a su forma original, ya que los puentes de azufre entre las cadenas poliméricas son flexibles y permiten que estas se deslicen fácilmente entre sí. El material vulcanizado también es más resistente, ya que los puentes de azufre evitan que la goma se rompa cuando se estira.
La cantidad de azufre añadida al caucho durante el proceso de vulcanización varía entre un 2% y un 20%, según las características deseadas. Cuanto mayor sea la cantidad de azufre, mayor será la dureza del caucho. Por ejemplo:
- Caucho común: 2% a 10% de contenido de azufre.
- Caucho utilizado en neumáticos: 1,5% a 5% de contenido de azufre.
- Caucho utilizado en revestimientos de máquinas y equipos de la industria química: alrededor del 30% de contenido de azufre.
La vulcanización del caucho es un proceso químico que ha transformado el mundo de la industria y el transporte. Gracias a esta técnica, el caucho, un material natural, se convierte en un producto más duradero y resistente al calor y al frío extremos. Acompáñame en este viaje para explorar la fascinante química detrás de la vulcanización del caucho y cómo ha cambiado nuestra vida cotidiana.
El Caucho Natural y su Desafío
El caucho natural, obtenido del látex de árboles de caucho como el Hevea brasiliensis, es un material elástico y flexible. Sin embargo, tenía una limitación importante: era muy sensible a las temperaturas extremas. En climas calurosos, se volvía pegajoso y blando, mientras que en climas fríos, se volvía duro y quebradizo. Esto hacía que el caucho fuera inadecuado para muchas aplicaciones.
El Descubrimiento de la Vulcanización
La vulcanización del caucho fue descubierta por Charles Goodyear, un inventor estadounidense, en 1839. Goodyear accidentalmente derramó una mezcla de caucho y azufre en una estufa caliente y descubrió que el caucho se volvía mucho más resistente y elástico. Este proceso, que más tarde se denominó «vulcanización» en honor a Vulcano, el dios romano del fuego, cambió el juego en la industria del caucho.
El Proceso de Vulcanización
La vulcanización del caucho es un proceso químico que implica la combinación de caucho con azufre y calor. Durante este proceso, los átomos de azufre se enlazan con las cadenas de polímeros de caucho, creando puentes de azufre entre ellas. Estos puentes de azufre actúan como refuerzos, mejorando la resistencia y la durabilidad del caucho.
Ventajas de la Vulcanización
La vulcanización del caucho aporta varias ventajas significativas:
- Mayor Resistencia Térmica y Química: El caucho vulcanizado es más resistente al calor, al frío y a productos químicos que el caucho natural.
- Mayor Durabilidad: La vulcanización aumenta la durabilidad del caucho, lo que lo hace adecuado para neumáticos, sellos, correas y una variedad de aplicaciones industriales.
- Mejora de Propiedades Elásticas: El caucho vulcanizado mantiene sus propiedades elásticas sin volverse pegajoso o quebradizo en condiciones extremas.
Aplicaciones de la Vulcanización
La vulcanización del caucho ha revolucionado numerosas industrias:
- Neumáticos: La vulcanización del caucho es esencial para la fabricación de neumáticos, ya que proporciona la resistencia y la durabilidad necesarias para soportar el desgaste y el estrés de la carretera.
- Calzado: Muchas suelas de zapatos están hechas de caucho vulcanizado para brindar comodidad y resistencia.
- Industria Automotriz: Los sellos y juntas en motores y sistemas de escape están hechos de caucho vulcanizado.
- Industria Química: Los guantes y revestimientos resistentes a productos químicos se fabrican con caucho vulcanizado para proteger a los trabajadores.
Curiosidades sobre la Vulcanización
- El proceso de vulcanización fue patentado por Charles Goodyear en 1844, pero murió empobrecido, ya que no pudo beneficiarse económicamente de su invento.
- A lo largo de los años, se han desarrollado diferentes formulaciones de caucho vulcanizado para adaptarse a diversas aplicaciones, desde neumáticos para automóviles hasta suelas de zapatos y productos químicos resistentes.