Anar al contingut

Vulcanización en sofre

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Treballador colocant el neumàtic en un mòle abans de la vulcanización.

La vulcanización en sofre és un procés químic per a convertir caucho natural o polímero relacionats en materials d'una varietat de durea, elasticitat i durabilitat mecànica calfant-los en sofre[1] o atres curativos o acceleradors equivalents.[2] El sofre forma ponts de reticulación entre seccions de cadenes d'polímero que afecten les propietats mecàniques i electròniques. Molts productes estan fets en caucho vulcanizado, inclosos neumàtics, solgues de sabates, mànegues i cintes transportadoras. El terme es deriva de Vulcan, el deu romà del fòc.

Els principals polímero somesos a vulcanización en sofre són el poliisopreno (caucho natural, NR), el caucho de polibutadieno (BR) i el caucho de estireno-butadieno (SBR), tots rics en enllaços insaturados.[3] També es poden vulcanizar varis atres cauchos especials, com caucho de nitril (NBR), caucho de butil (IIR) i caucho EPDM. La vulcanización, de la mateixa manera que el curat d'uns atres polímero termoendurecibles, és generalment irreversible. No obstant, importants esforços s'han centrat en desenrollar processos de "dones-vulcanización" per al reciclage de rebujos de caucho.

Detalls estructurals i mecanicistas

[editar | editar còdic]
Archiu:Vulcanization of caps block 10 Isoprene caps block 11 .png
Representació general de l'estructura química del caucho natural vulcanizado que mostra la reticulación de dos cadenes d'polímero (blau i vert) en sofre (n = 0, 1, 2, 3...). En esta image, el grau de reticulación s'exagera en fins ilustrativos.

Els detalls de la vulcanización seguixen sent térbols perque el procés convertix mescles d'polímero en mescles de derivats insolubles. Per disseny, la reacció no aplega a completar-se perque l'polímero completament reticulado seria massa rígit per a les aplicacions.[4] Durant molt temps hi ha hagut incertitut sobre si la vulcanización es produïx de manera radical o iònica.[2]

Es convé que els llocs reactius, a sovint denominats "llocs de curació", són els grups alilo (-CH=CH-CH2-). El sofre forma un pont entre estos llocs, reticulando les cadenes d'polímero. Estos ponts poden constar d'un o varis àtoms de sofre. Tant el grau de reticulación com el número d'àtoms de sofre en les reticulaciones influïxen fortament en les propietats físiques del caucho produït.[5]


Normalment, els enllaços creuats estan separats per centenars o mils de carbono en la cadena de l'polímero.[4]

  • Una reticulación excessiva pot convertir el caucho en una substància dura i trencadiça (és dir, ebonita).
  • Els enllaços creuats curts, que posseïxen un menor número d'àtoms de sofre, donen al caucho una millor resistència a la calor i el ras.
  • Els enllaços creuats més llarcs, en un major número d'àtoms de sofre, donen al caucho una major durabilitat física i resistència a la tracció.

El sofre, per sí mateixa, és un agent de vulcanización llenta i no vulcaniza les poliolefinas sintètiques. Inclús en caucho natural, són necessàries grans cantitats de sofre, aixina com altes temperatures i periodos de calfament prolongats, sent els productes finals a sovint d'una calitat insatisfactòria.

Des de principis de la década de 1900, s'han desenrollat varis aditius químics per a millorar la velocitat i eficiència de la vulcanización, aixina com per a controlar la naturalea de la reticulación.[6] Quan s'usa en conjunt, esta colecció - el "paquet de curat" - dona una goma en propietats particulars.

Paquet de curat

[editar | editar còdic]

El paquet de curat consta de varis reactius que modifiquen la cinètica i la química de la reticulación. Estos inclouen acceleradors, activadores, retardadores i inhibidors.[6][7] Tinga en conte que estos són simplement els aditius utilisats per a la vulcanización i que també es poden agregar atres composts al caucho, com càrregues o estabilisadors polimèrics.

Font de sofre

[editar | editar còdic]

El sofre ordinari (octaazufre) s'usa rarament, a pesar del seu baix cost, perque és insoluble en l'polímero. A les temperatures de vulcanización, el sofre es licua i la fase se separa, esta floració de sofre impedix la mescla íntima de l'polímero i el reticulante. En el seu lloc, s'utilisen vàries formes de sofre polimèric. També és possible reemplaçar el sofre en atres composts donants de sofre, per eixemple, acceleradors que duen grups disulfuro, en lo que a sovint es denomina "vulcanización eficaç" (EV).[2] També es pot utilisar dicloruro de disulfuro per a la "vulcanización en fret".

Acelerantes

[editar | editar còdic]

Els acelerantes (acceleradors) actuen de manera molt similar als catalisadors, lo que permet que la vulcanización es realise de manera més freda, més ràpida i en un us més eficient del sofre.[2][8] Ho conseguixen en reaccionar en el sofre i trencar-ho per a formar un intermig reactiu, denominat agent sulfurante. Est, a la seua volta, reacciona en els llocs de curat del caucho per a provocar la vulcanización.


Hi ha dos classes principals d'acceleradors de vulcanización: acceleradors primaris i acceleradors secundaris (també coneguts com ultraaceleradores). Els activadores primaris daten de l'us d'amoníac en 1881,[9] mentres que els acceleradors secundaris s'han desenrollat al voltant de 1920.[10]

Primari (acceleradors ràpits)

Els acceleradors primaris realisen la major part de l'acceleració i consistixen principalment en tiazoles, a sovint derivatizados en grups sulfenamida.[11] El compost principal és el 2-mercaptobenzotiazol (MBT), que s'utilisa des de la década de 1920.[12] Seguix sent un agent de curat moderadament ràpit que dona cadenes de sofre de llongitut mija, pero la seua periodo d'inducció relativament curt pot ser una desventaja. Atres acceleradors primaris són essencialment formes "emmaixquerades" de MBT, que necessiten temps per a descompondre's en MBT durant la vulcanización i, per lo tant, tenen periodos d'inducció més llarcs.

La dimerización oxidativa de MBT dona disulfuro de mercaptobenzotiazol (MBTS), i els derivats de sulfenamida es produïxen fent reaccionar açò en amina primàries com ciclohexilamina o terc-butilamina. Es poden usar amina secundàries com diciclohexilamina i donar com a resultat acceleradors encara més llents. Es requerix un acelerante llent d'este tipo en aplicacions en les que el caucho es cura sobre un component metàlic al que es requerix adherir, com les cordoneres d'acer en els neumàtics de vehículs.

Secundari (ultraacelerantes)

Els acceleradors secundaris o ultraaceleradores s'utilisen en menudes cantitats per a aumentar el comportament dels acceleradors primaris. Actuen per a aumentar la velocitat de curat i aumentar la densitat de l'entrecreuat, pero també acurten el temps d'inducció, lo que pot provocar una vulcanización prematura.[6] Químicament, consistixen principalment en espècies de tiocarbonilo tals com tiurams, ditiocarbamatos, xantatos i tioureas orgàniques; també s'utilisen guanidinas aromàtiques. Estos composts deuen combinar-se en activadores, generalment ions de zinc, per a que siguen completament actius.

Els acceleradors secundaris tenen velocitats de vulcanización molt ràpides en un temps d'inducció mínim, lo que els fa inadequats com a acceleradors primaris en cauchos altament insaturados com NR o SBR. No obstant, es poden utilisar com a acceleradors primaris en composts en menys llocs de curat com EPDM. Els xantatos (principalment, xantato de isopropilo de zinc) són importants en la vulcanización del làtex, que es cura a una temperatura relativament baixa (100-120 °C) i, per lo tant, necessita un accelerador intrínsecament ràpit. Els principals tiurams utilisats són TMTD (disulfuro de tetrametiltiuram) i TETD (disulfuro de tetraetiltiuram). Els principals ditiocarbamatos són les sals de zinc ZDMC (dimetilditiocarbamato de zinc), ZDEC (dietilditiocarbamato de zinc) i ZDBC (dibutilditiocarbamato de zinc).

Activadores

[editar | editar còdic]

Els activadores consistixen en vàries sals metàliques, àcit grassos i bases que contenen nitrogen, sent les més importants el òxit de zinc. El zinc activa molts acceleradors per coordinació, per eixemple, fent que el tiuram es convertixca en ziram.[13] El zinc també es coordina en les cadenes de sofre dels agents sulfurantes, canviant l'enllaç més provable que es trenque durant la formació de l'entrecreuat. En última instància, els activadores promouen l'us eficient del sofre per a proporcionar una alta densitat d'enllaços creuats.[14] Per la baixa solubilidad del ZnO, a sovint es combina en àcit grassos com el àcit esteárico per a formar un sabó metàlic més soluble, és dir, estearato de zinc.

Retardadores i inhibidors

[editar | editar còdic]
El ciclohexiltioftalimida s'usa per a impedir l'inici de la vulcanización.[6]

Per a garantisar una vulcanización d'alta calitat, el caucho, el sofre, els acelerantes, els activadores i atres composts es mesclen per a obtindre una mescla homogénea. En la pràctica, la mescla pot resultar en la fusió del sofre (punt de fusió 115 °C per a S8). A estes temperatures, la vulcanización pot començar prematurament, lo que a sovint és indesijable, ya que la mescla pot necessitar ser bombejada i molejada en la seua forma final abans de solidificarse. La vulcanización prematura a sovint es denomina "chamuscado". El cremat es pot previndre per mig de l'us de retardadores o inhibidors, que aumenten el periodo d'inducció ans que comence la vulcanización i, per lo tant, proporcionen resistència al cremat. Un retardador ralentisa tant l'inici com la velocitat de vulcanización, mentres que els inhibidors solament retarden l'inici de la vulcanización i no afecten la velocitat en gran mida.[15] En general, es preferixen els inhibidors, en ciclohexiltioftalimida (a sovint denominada PVI - inhibidor de pre-vulcanización) sent l'eixemple més comú.


Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ James E. Mark, Burak Erman (eds.) (2005). Science and technology of rubber, pp. 768. ISBN 978-0-12-464786-2.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Progress in Polymer Science.22(3)
    475–521.doi:10.1016/S0079-6700(96)00015-9.
  3. ↑ Coran, A.Y. (2013). «Chapter 7 - Vulcanization», The science and technology of rubber, Fourth edició, Elsevier, pp. 337–381. doi:10.1016/B978-0-12-394584-6.00007-8. ISBN 978-0-12-394584-6.
  4. ↑ 4,0 4,1 Journal of Applied Polymer Science.87(1)
    24–30.doi:10.1002/app.11659.
  5. ↑ European Polymer Journal.24(8)
    733–736.doi:10.1016/0014-3057(88)90007-9.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Engels, Hans-Wilhelm; Weidenhaupt, {{{nom2}}}; Pieroth, {{{nom3}}}; Hofmann, {{{nom4}}} (2011). Rubber, 9. Chemicals and Additives. doi:10.1002/14356007.a23_365.pub3. ISBN 978-3527306732.
  7. ↑ Rubber Chemistry and Technology.78(3)
    458–488.doi:10.5254/1.3547892.
  8. ↑ Hewitt, Norman; Ciullo, {{{nom2}}} (1999). «Compounding Materials», The rubber formulary, Noyes Publications, pp. 4–49. doi:10.1016/B978-081551434-3.50003-8. ISBN 9780815514343.
  9. ↑ Industrial & Engineering Chemistry.17(4)
    393–396.doi:10.1021/ie50184a021.
  10. ↑ Industrial & Engineering Chemistry.15(10)
    1005–1008.doi:10.1021/ie50166a007.
  11. ↑ (1996).Russian Chemical Reviews.65(5)
    421–440.doi:10.1070/RC1996v065n05ABEH000218.
  12. ↑ Industrial & Engineering Chemistry.15(10)
    1009–1014.doi:10.1021/ie50166a009.
  13. ↑ Rubber Chemistry and Technology.70(3)
    368–429.doi:10.5254/1.3538436.
  14. ↑ Journal of the American Chemical Society.121(1)
    163–168.doi:10.1021/ja982217n.
  15. ↑ Sadhan K. De; Jim R. White, {{{nom2}}} (2001). Rubber Technologist's Handbook, iSmithers Rapra Publishing, pp. 184–. ISBN 978-1-85957-262-7.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Vulcanización_en_sofre&oldid=732138»