Neopreno para niños
El neopreno, también conocido como polímero de cloropreno o policloropreno, es un tipo de caucho sintético. Se fabrica mediante un proceso llamado polimerización a partir de una sustancia llamada cloropreno. El neopreno es muy útil porque es químicamente estable y mantiene su flexibilidad en un amplio rango de temperaturas. El nombre "neopreno" es una marca comercial para este material.
Originalmente, el neopreno se llamó dupreno. Fue la primera goma sintética que se produjo a gran escala en la industria.
El neopreno se vende como un material sólido o en forma de látex (un líquido lechoso). Se usa en muchas cosas, como fundas para portátiles, soportes ortopédicos (para muñecas o rodillas), aislamiento eléctrico, láminas flexibles y correas para motores de coche. Como no reacciona fácilmente con otras sustancias, es ideal para sellantes (como juntas) y mangueras, así como para recubrimientos que protegen contra la corrosión. También puede ser la base de adhesivos. Sus propiedades lo hacen útil como aislante acústico en transformadores. Es tan elástico que es difícil de doblar y su flexibilidad permite hacer fundas que se ajustan perfectamente a lo que se quiere proteger.
Contenido
Historia del Neopreno
El neopreno fue creado por científicos de la empresa DuPont el 17 de abril de 1930. La idea surgió después de que Elmer K. Bolton, un empleado de DuPont, asistiera a una conferencia de Julius Arthur Nieuwland, un profesor de química de la Universidad de Notre Dame. Las investigaciones de Nieuwland se centraban en la química del acetileno. Durante sus experimentos, obtuvo un compuesto llamado divinilacetileno, que se convertía en una sustancia elástica, parecida al caucho, al reaccionar con dicloruro de azufre.
Después de que DuPont comprara los derechos de la patente a la Universidad de Notre Dame, Wallace Carothers y el propio Nieuwland comenzaron a trabajar para producir neopreno a nivel comercial. Se enfocaron en el monovinilacetileno y lo hicieron reaccionar con cloruro de hidrógeno, obteniendo así el cloropreno.
DuPont lanzó el compuesto en 1931 con el nombre comercial de DuPrene. Al principio, su uso estaba limitado porque el proceso de fabricación original dejaba un olor particular en el producto. Se desarrolló un nuevo proceso que eliminó los subproductos que causaban el mal olor y redujo los costos de producción a la mitad. La compañía empezó a vender el material a los fabricantes de productos terminados. Para proteger la reputación del producto, la marca DuPrene se usaba solo para el material vendido por DuPont.
Como la empresa no fabricaba todos los productos finales que contenían DuPrene, la marca se retiró en 1937 y se reemplazó por un nombre más general: neopreno. Esto se hizo para destacar que el material era un ingrediente y no un producto final. DuPont trabajó para aumentar la demanda de su producto, publicando su propia revista técnica y anunciando los usos del neopreno. En 1939, las ventas de neopreno ya generaban ganancias de más de 300 000 dólares para la empresa.
¿Cómo se fabrica el Neopreno?
El neopreno se fabrica mediante un proceso llamado polimerización de radicales libres del cloropreno. En la producción industrial, este material se prepara usando un método llamado polimerización por emulsión en grandes recipientes llamados reactores. Luego, el polímero se aísla y se seca con un proceso de secado en frío. La polimerización se inicia con una sustancia llamada persulfato de potasio. Para unir las cadenas individuales del polímero, se usan óxidos metálicos (como óxido de zinc) y tioureas.
La fabricación del neopreno por polimerización en emulsión sigue pasos similares a los de otros materiales:
- Mezcla de líquidos (emulsificación)
- Inicio de la reacción (iniciación y catálisis)
- Control de la temperatura (transferencia de calor)
- Transformación del material inicial (conversión del monómero)
- Recuperación del material no usado (recuperación del monómero)
- Separación del producto final (aislamiento del monómero)
Emulsificación
Primero, se disuelve una cantidad adecuada de azufre en el cloropreno. Luego, esta solución se mezcla con agua que contiene hidróxido de sodio y una sal especial. Los dos líquidos se mezclan haciendo que circulen a través de una bomba centrífuga para que las partículas tengan un tamaño muy pequeño, de unos 3 micrómetros de diámetro.
Los productos más comunes para ayudar a esta mezcla son ácidos como el alquil sulfato o el alquil sulfonato, y jabones especiales. La elección del producto depende del tipo de proceso de fabricación y de su disponibilidad.
Polimerización
Una vez que la mezcla está lista, se lleva a un recipiente especial llamado polimerizador, que tiene un sistema para controlar la temperatura y un agitador. La reacción de polimerización comienza con una solución acuosa de persulfonato de potasio. La temperatura se mantiene a 40 °C controlando la circulación de una solución salina y la velocidad de agitación.
Se sigue la transformación del material midiendo la densidad de la mezcla. La polimerización se detiene cuando el 91% del material inicial se ha transformado (cuando la densidad alcanza 1,069 kg/l). Esto se logra añadiendo una solución de xileno y disulfuro de tetraetiltiurano, que actúa como un suavizante y estabilizador.
La molécula de cloropreno es muy reactiva a los cambios químicos debido a la influencia del átomo de cloro, lo que facilita que se unan otras sustancias. De hecho, el cloropreno es mucho más reactivo que otras moléculas similares. La polimerización del cloropreno libera calor, lo que significa que es una reacción exotérmica.
En la polimerización en emulsión, las pequeñas esferas del material inicial se dispersan en agua con la ayuda de un producto especial, generalmente en un ambiente con un pH de 10-12.
La polimerización se inicia con un catalizador y la reacción ocurre a una temperatura constante, generalmente entre -20 y 50 °C, hasta que se alcanza la transformación deseada del material. Esta transformación se mide observando el aumento en la densidad de la mezcla.
La polimerización se detiene eliminando los elementos reactivos presentes con un estabilizador de acción rápida. Después de quitar el material inicial que no reaccionó, el polímero se separa desestabilizando la mezcla, separando el agua y secando el polímero. La forma en que se distribuyen los tamaños de las moléculas del polímero cambia a medida que avanza la reacción.
Separación del producto
Esta mezcla se pasa por un filtro de vapor para recuperar el material inicial que no reaccionó y luego se enfría a 20 °C. Esta temperatura se mantiene durante ocho horas para estabilizar el polímero (suavizarlo). Luego, el látex (la mezcla líquida) se vuelve más ácido, alcanzando un pH de 5,5-5,8. Esto detiene la acción suavizante del disulfuro de tiurano y prepara el látex para separar el polímero.
El neopreno se separa del látex mediante un proceso continuo de coagulación (solidificación) de la película de polímero, seguido de un lavado y un secado. El polímero seco se corta en tiras continuas y se empaqueta. El éxito de este proceso depende de que el látex se solidifique completamente en pocos segundos a una temperatura de entre –10 °C y –15 °C. Esto le da a la película suficiente resistencia para soportar el lavado y el secado.
Una mejora importante ha sido el desarrollo de procesos de polimerización continua, lo que ha influido mucho en el costo de fabricación. Sin embargo, en plantas que producen varios productos, a veces es mejor usar un proceso por lotes (en grupos).
Vulcanización del Policloropreno
La vulcanización es un proceso para hacer el caucho más fuerte y elástico. En el caso del neopreno o policloropreno (caucho CR), se usan óxidos de metal (como óxido de magnesio y óxido de zinc, y a veces óxido de plomo) en lugar de los compuestos de azufre que se usan con muchos cauchos naturales y sintéticos. Además, debido a otros factores de su procesamiento, la elección del acelerador (una sustancia que ayuda a la reacción) es diferente a la de otros cauchos, ya que los aceleradores más comunes pueden causar problemas. El acelerador más importante para el neopreno es la etilentiourea (ETU).
Características del Polímero
Las características de los polímeros, en general, cambian cuando se vulcanizan. Las principales características del neopreno son:
- Resiste el deterioro causado por el sol, el ozono y el clima.
- Tiene una resistencia aceptable a los líquidos y productos químicos.
- El coeficiente de fricción del neopreno con acero al carbón o acero inoxidable es de 0.4.
- Es resistente a los daños causados por doblarse y torcerse.
La estructura del polímero se puede modificar mezclando cloropreno con azufre o con 2,3-dicloro-1,3-butadieno.
Composición Final del Polímero
Diferentes análisis muestran que el neopreno final está compuesto por:
- Cadenas lineales de unidades de trans-2-cloro-2-butadieno.
- Productos de una polimerización en los carbonos 1,2.
- Productos de una polimerización en los carbonos 3,4, 5,7.
- Formas que resultan de una reacción entre el inicio (carbono 1) y el final (carbono 4) de dos unidades.
- Formas que resultan de una unión entre el inicio de una unidad y el inicio de otra.
- Formas que resultan de una unión entre el final de una unidad y el final de otra.
Usos y Aplicaciones del Neopreno
El neopreno tiene muchas aplicaciones:
- Moldeado: Se usa para soportes de puentes, juntas de expansión, tuberías, sellos mecánicos, correas y pelotas.
- Extruido: Para mangueras domésticas y tubos de laboratorio.
- Láminas: Para botes inflables, guantes, sacos de dormir, botas altas, prendas de protección y material que absorbe las ondas de radar.
- Espuma: Para trajes de buceo, guantes y pasamontañas.
- Adhesivo: Como cinta adhesiva y adhesivo líquido.
- Fundas protectoras: Para proteger ordenadores portátiles de arañazos y golpes.
Un uso muy común del neopreno es en la fabricación de botas para la pesca con mosca, ya que es un excelente aislante térmico. Su grosor suele ser de 5 mm y su precio es intermedio entre materiales más económicos como el nylon y el caucho, y otros más caros como las prendas transpirables (por ejemplo, GoreTex).
En la fabricación de trajes para buzos y para protección en ambientes difíciles, el aire que queda atrapado en el neopreno durante su producción se reemplaza por nitrógeno puro.
Los trajes de buceo húmedos suelen tener un grosor de hasta siete milímetros, lo que los hace adecuados incluso para aguas frías (alrededor de 14 °C). Sin embargo, el grosor de los trajes comunes es de unos 2 a 3 mm. Es importante saber que a una profundidad de 30 metros, la presión hace que sus propiedades aislantes disminuyan. Por eso, se ha desarrollado una variedad de neopreno llamada super-flex, que combina spandex dentro del neopreno para permitir una mayor flexibilidad.
También se utiliza para recubrir cables fuertes y muy resistentes, en adhesivos a base de agua y en solventes. Además, se usa para recubrir láminas de aluminio (y superficies flexibles), en neumáticos de automóvil y en tapones para botellas como sustituto del corcho.
El neopreno es útil para adhesivos sensibles a la presión y para la construcción de estructuras y partes internas de automóviles.
En los automóviles, también se usa para sistemas de aislamiento de sonido, control de vibraciones y para la entrada de aire a la cabina.
Galería de imágenes
-
Un cierre de cuello, cierre de muñeca, ventilación manual, inflador, cremallera y tela de un traje seco de neopreno. Aquí el material de sellado en el cuello y las muñecas, similar al caucho, fino y elástico, está hecho de neopreno, en forma de no espuma, para su elasticidad; la zona azul es un fino tejido de punto azul laminado sobre espuma de neopreno esponjosa para el aislamiento.
Véase también
En inglés: Neoprene Facts for Kids
- Surf
- Cloropreno
- Fibra sintética
