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PLASTIFICANTES DE CAUCHO

PLASTIFICANTES-DE-CAUCHO

El proceso de elaboración de caucho es complejo , en donde entran una gran cantidad de variables.

Todos los que trabajamos en la industria del caucho sabemos por experiencia lo complejo que es elaborar los productos. Esto proviene del uso de múltiples materias primas, que pueden ser combinadas en diferentes proporciones y cuyo mezclado es para nada trivial. A esto hay que agregar procesos de conformado (extrusión, calandrado, moldeado, etc.) para finalizar con la vulcanización, terminación, entre otros.

 Lo malo de esta complejidad es que hace más difícil nuestra vida; lo bueno es que esta complejidad nos da la oportunidad de ser creativos y estar aprendiendo todo el tiempo.

Recordemos rápidamente lo que hacemos al procesar el caucho:

  • Cuando mezclamos, combinamos materiales viscoelásticos (cauchos) con sólidos pulverulentos (negros de humo, cargas claras, por ejemplo), líquidos más o menos viscosos y productos químicos varios (azufre, acelerantes, anti degradantes, y demás).
  • Una vez obtenido el compuesto que reúne las propiedades que queremos, es momento de conformarlo, es decir, de darle una forma cercana a la definitiva por intermedio de extrusoras, calandras, armadoras, y demás.
  • Por último queremos que el producto tenga las propiedades elásticas propias del caucho. En estas tres etapas juegan un rol importante los plastificantes para caucho hasta el punto que difícilmente haya un compuesto que no tenga un plastificante de uno u otro tipo.

Tipos de plastificación de caucho

La plastificación de un caucho para facilitar la incorporación de los restantes ingredientes del compuesto y las operaciones de conformado, puede realizarse por un mecanismo físico (plastificación física) o químico (plastificación química), aunque en la práctica coexisten ambos.

 La plastificación física se basa en el agregado de sustancias, que facilitan el movimiento relativo de las cadenas de alto peso molecular de los cauchos. La presencia del plastificante separa las cadenas de polímero y permite que ante un esfuerzo de deformación todo el material fluya con más facilidad.

En cambio, en la plastificación química las largas cadenas de caucho se cortan por los esfuerzos mecánicos y mediante el agregado de peptizantes se estabilizan, lográndose un polímero de peso molecular medio más bajo que fluye con mayor facilidad. Los plastificantes, además de facilitar el flujo del compuesto de caucho, cumplen con otras funciones:

  • Facilitan la incorporación de las cargas
  • Reducen la viscosidad, y por lo tanto mejoran la procesabilidad de los compuestos de caucho en extrusoras, calandras, moldes, entre otros.
  • Según el tipo, aumentan o reducen la adhesividad en crudo.
  • Reducen el consumo de energía durante el mezclado y la temperatura de la mezcla.
  • Modifican las propiedades del vulcanizado.
  • En general, reducen el costo del producto y el proceso.

Justamente, es esta diversidad de funciones atribuibles al uso de los plastificantes que hace muy importante entender sus características. Esto nos ayudará a saber en cada caso qué tipo de plastificante utilizaremos y en qué cantidad, para exaltar las propiedades deseadas y minimizar los inconvenientes. Obviamente, también influirá en nuestra decisión el tipo de caucho, el uso final del producto, el costo, y demás.

Clasificación de los plastificantes de caucho

En un sentido amplio, hay una gran diversidad de sustancias que responden a estas características y esto hace muy difícil y discutible su clasificación. A fin de agrupar por similitud química los diferentes plastificantes y así tener una mejor comprensión del tema, definimos los siguientes grupos:

  • Peptizantes.
  • Aceites de proceso.
  • Ésteres y plastificantes sintéticos similares.
  • Ácidos grasos, sus sales y otros auxiliares de proceso (ayuda-proceso)
  • Ceras hidrocarbonadas.
  • Resinas.

Tenemos acá desde moléculas orgánicas sencillas hasta polímeros, aceites de proceso bastante económicos y productos químicos caros.

Peptizantes

Todos sabemos que la masticación de un caucho (esto es especialmente válido en caucho natural) en un molino o en un mezclador interno produce un progresivo ablandamiento del mismo, que se puede medir a través de una disminución de la viscosidad. Esto se produce porque la acción mecánica provoca una ruptura de las largas cadenas del polímero y eso trae como consecuencia más cadenas cortas, mejor flujo y menor viscosidad.

Las cadenas cortas que se forman se estabilizan por reacción con oxígeno del aire. Pero a medida que aumenta la temperatura, la eficiencia de esta masticación mecánica disminuye porque bajan los esfuerzos de corte. Si se sube la temperatura, tal como ocurre en la masticación en un mezclador interno, la eficiencia comienza a subir nuevamente porque a mayor temperatura aumenta la velocidad de la reacción con oxígeno.

Los peptizantes son sustancias que intervienen acelerando la ruptura oxidativa de las cadenas de polímeros y, por lo tanto, acrecientan la eficiencia de la masticación. Los más utilizados se basan en combinar DBD con promotores y hay variantes más o menos concentradas. Se utilizan en baja proporción (en NR del orden de 0.5 phr) y se agregan al comienzo del ciclo de mezclado.

Aceites de proceso

Son por lejos el grupo más importante en volumen y, además de ser usados en la formulación de compuestos de caucho, son utilizados en gran escala como aceites extendedores en la fabricación de los llamados cauchos extendidos al aceite.

Los aceites de proceso son una compleja mezcla de hidrocarburos que contiene, además, pequeñas cantidades de otros componentes. La composición de estos aceites varía según el tipo de petróleo usado para su elaboración y el proceso utilizado para prepararlo. Esto hace muy complejo su análisis y clasificación y por eso se recurre para caracterizarlos a propiedades que podemos medir en el laboratorio con relativa facilidad tales como densidad, viscosidad, índice de refracción, punto de inflamación, y demás.

En los aceites de proceso hay siempre una mezcla de hidrocarburos parafínicos, nafténicos y aromáticos, pero la industria es capaz de proveer aceites donde predomina un tipo de hidrocarburos sobre los demás y es por eso que hablamos de aceites parafínicos, nafténicos o aromáticos (aunque ninguno de ellos sea puro).

En pequeña proporción, y mayormente asociada a la fracción aromática, están los llamados heterocíclicos o compuestos polares. Su importancia radica en que son los responsables de provocar los fenómenos de decoloración y manchado que se observan en los artículos de caucho de color claro y en superficies pintadas en contacto con goma. Actualmente en muchos países se prohíbe la utilización de aceites de proceso con contenido de heterociclícos superior a un cierto valor, ya que hay fuertes sospechas de su efecto cancerígeno.

aceites en proceso de caucho

Mayormente usados en los denominados cauchos extendidos al aceite.

Ésteres y plastificantes sintéticos similares

Los polímeros que presentan en su estructura grupos polares tales como NBR, CR, CSP, PVC, entre otros, requieren en muchos casos, por problemas de compatibilidad, el uso de plastificantes polares del tipo éster (productos de reacción entre alcoholes y ácidos, generalmente orgánicos).

Los alcoholes más usados para formar los ésteres son el butílico, hexílico, octílico y isooctílico, junto con los ácidos ftálico, adípico, sebácico, azelaico y fosfórico. Los plastificantes son conocidos por las siglas DBP, DOP, DIOP

Estos ésteres presentan la sobresaliente característica de otorgar muy buenas propiedades a baja temperatura, pero su alto costo hace que se los utilice sólo cuando las exigencias sobre el producto final lo ameritan (o en el PVC por un problema de compatibilidad).

plastificante en caucho

De alto coste, son utilizados para requerimientos específicos.

Ácidos grasos, sus sales y otros auxiliares de proceso (ayuda proceso)

Si bien funciona como un plastificante, actualmente el ácido esteárico es utilizado como activador, junto al óxido de zinc, del sistema de cura. El estearato de zinc es usado a veces en el compuesto y es, también, un antiadherente compatible con el mismo.

En los últimos tiempos se ha desarrollado ampliamente el uso de una serie de productos conocidos como auxiliares de proceso o ayuda proceso. Dado que su composición es variada, compleja (cada producto comercial es una combinación de sustancias) y normalmente no revelada, se los conoce por sus nombres comerciales.

Estos productos además de tener un rol como plastificantes y lubricantes internos tienen una variada serie de atributos:

  • Reducen la viscosidad y el consumo de energía en el mezclado.
  • Mejoran la dispersión de las cargas.
  • Mejoran la fluencia durante el procesado y en la vulcanización.
  • Ayudan a la homogeneidad cuando se mezclan dos o más cauchos.
  • Mejoran el desmoldeo.

Es muy importante conocer y entender el funcionamiento de este tipo de productos ya que nos pueden ayudar a lograr buenos resultados, especialmente en compuestos de difícil procesado.

Ceras hidrocarbonadas

Son mezclas de hidrocarburos de tipo parafínico con distinto peso molecular. Tienen un punto de ablandamiento del orden de los 55°C y durante el mezclado funden y se dispersan fácilmente, actuando como un lubricante interno.

Las ceras microcristalinas migran a la superficie del artículo de caucho formando una barrera protectora para prevenir el ataque del ozono. En estos casos esta función pasa a ser la más importante y su uso como plastificante pasa a ser complementario.

Resinas

Una buena parte de los artículos de caucho requiere para su fabricación unir distintos componentes en crudo antes de proceder a la vulcanización (por ejemplo neumático, cintas transportadoras, calzado, caños, correas, y tantos otros). Puede tratarse de telas engomadas, perfiles extrusionados o sólo láminas de goma, en todos los casos, para asegurar un buen ensamblado, se requiere una buena adhesión en crudo (tack) en los distintos componentes. Es aquí donde encuentran su campo las distintas resinas que, si bien tienen un efecto plastificante, su principal atributo es mejorar la adhesión en crudo de modo de llegar a la vulcanización con el producto perfectamente armado.

Hay una gran diversidad de tipos de resinas que difieren en su capacidad de mejorar el tack y en su precio (normalmente a mayor capacidad, mayor precio). La habilidad del formulador consistirá en elegir en forma óptima el tipo o tipos de resina y su proporción respecto al caucho de modo de lograr la performance adecuada al menor costo.

Los neumáticos por ejemplo, requieren unir distintos componentes en crudo antes de proceder a la vulcanización.

Como se puede ver en esta breve síntesis, el campo de los plastificantes es muy amplio y ofrece muchas oportunidades para mejorar la eficiencia con que producimos artículos de caucho.