Vulcanización para niños
La vulcanización es un proceso especial que hace que el caucho (la goma natural) sea mucho más fuerte y útil. Imagina que el caucho crudo es como una plastilina muy pegajosa y que se derrite con el calor. Con la vulcanización, se calienta el caucho con azufre para que se vuelva más duro, elástico y resistente al frío y al calor.
Se cuenta que Charles Goodyear descubrió este proceso por accidente en 1839. Se le cayó una mezcla de caucho y azufre sobre una estufa caliente. Para su sorpresa, la mezcla no se derritió, sino que se endureció y se hizo impermeable. Llamó a este proceso "vulcanización" en honor a Vulcano, el dios romano del fuego.
Sin embargo, mucho antes, hace unos 3500 años, la cultura olmeca en Mesoamérica ya usaba un proceso similar. Ellos usaban savias y extractos de plantas para hacer pelotas de hule (caucho) para su juego de pelota mesoamericano.
Durante la vulcanización, las pequeñas cadenas de moléculas del caucho se unen entre sí, formando una red más fuerte. Esto hace que el caucho sea más estable, duradero, resistente a los químicos y que no pierda su elasticidad natural. También cambia la superficie pegajosa del caucho crudo a una superficie suave que no se pega a otros materiales.
La vulcanización es un cambio permanente en el caucho. Una vez vulcanizado, el caucho no se puede derretir y moldear de nuevo fácilmente, a diferencia de otros plásticos. Por eso, el caucho vulcanizado se considera un material termoestable, lo que significa que mantiene su forma incluso con el calor.
Normalmente, se usa azufre para crear estos enlaces entre las moléculas, pero también hay otros métodos. A menudo se usan sustancias que aceleran o retrasan el proceso.
El azufre es especial porque sus átomos pueden formar cadenas. En el caucho, hay lugares donde los átomos de azufre pueden unirse. Estas cadenas de azufre actúan como "puentes" que conectan las moléculas de caucho, haciendo que todo el material sea más resistente.
Contenido
Historia del caucho y la vulcanización
La historia del caucho es muy antigua. Los mayas y otros pueblos de Mesoamérica obtenían el látex (la savia lechosa) de los árboles de Castilla elastica. Con esta sustancia pegajosa, hacían pelotas para el juego de pelota, suelas para zapatos, recipientes para líquidos y ligas.
La primera vez que se mencionó el caucho en Europa fue en 1770. Un señor llamado Edward Nairne vendía pequeños cubos de caucho natural que se usaban como gomas de borrar. Eran muy caros en ese entonces.
A mediados del siglo XIX, el caucho era un material nuevo, pero no se usaba mucho en la industria. Se empleaba principalmente para borrar y en algunos aparatos médicos. Cuando los científicos descubrieron que el caucho se podía disolver en éter, se encontraron nuevas formas de usarlo en zapatos y ropa impermeable.
Sin embargo, el caucho de esa época no era muy duradero. Era pegajoso y a veces se descomponía, desprendiendo mal olor. Por eso, no se le daban usos importantes.
El importante aporte de Charles Goodyear
Muchos libros de texto dicen que Charles Goodyear fue el primero en usar azufre para vulcanizar el caucho. Su historia es una mezcla de suerte y mucha investigación.
Goodyear afirmó haber descubierto la vulcanización con azufre en 1839. Sin embargo, no patentó su invento hasta 1843. Mientras tanto, Thomas Hancock, un científico británico, patentó un proceso similar en el Reino Unido unas semanas antes que Goodyear.
La empresa Goodyear Tire and Rubber Company lleva el nombre de Charles Goodyear por su trabajo en la industria del caucho, pero no tiene relación directa con él ni con su familia.
Goodyear contó en su libro cómo hizo muchos experimentos. Un día, en la fábrica de su hermano, puso una muestra de caucho con azufre cerca de una estufa caliente. Se sorprendió al ver que la mezcla se "achicharraba" como el cuero, en lugar de derretirse.
Él se dio cuenta de que si podía controlar ese proceso de "achicharramiento", podría hacer que el caucho dejara de ser pegajoso y mejorara mucho. Siguió experimentando y descubrió que, en el borde de la parte quemada, había una línea de caucho que no se había quemado, sino que estaba perfectamente curada.
Goodyear se mudó a Woburn, Massachusetts, y continuó sus experimentos de forma organizada para encontrar las condiciones exactas para curar el caucho.
Cuando se dio cuenta de que había encontrado lo que buscaba y mucho más, y que la nueva sustancia era resistente al frío y a los disolventes, se sintió muy feliz.
A pesar de su gran descubrimiento, Goodyear nunca ganó mucho dinero con él. Falleció en 1860 con muchas deudas.
Cómo se fabrica el caucho vulcanizado
El caucho es el ingrediente principal de una mezcla que puede tener muchos otros componentes. Algunos son esenciales para crear los enlaces (como el azufre), otros aceleran el proceso, y otros protegen el caucho (como los antioxidantes), lo ablandan (con aceites o grasas), le dan volumen o color (óxido de zinc).
La mezcla de estos ingredientes se hace "en seco", sin disolventes, usando máquinas que trituran y calientan los materiales. Es muy importante controlar la temperatura durante este proceso para que el caucho no se vulcanice antes de darle la forma deseada. Por eso, las máquinas tienen sistemas de enfriamiento.
Este proceso de mezcla suele hacerse por lotes (se carga, se mezcla y se vacía la máquina), aunque también existen procesos continuos.
A veces se añaden materiales como el carbonato cálcico o la barita para mejorar el aspecto del caucho. El negro de humo (un tipo de carbono) se usa para aumentar la resistencia al desgaste.
Un método común para la vulcanización continua es el "baño de sal fundida". El caucho, ya con la forma deseada, pasa por un baño de sales calientes a una velocidad específica para que se vulcanice.
Vulcanización de otros tipos de caucho
Vulcanización de policloropreno
El caucho neopreno o policloropreno se vulcaniza usando óxidos de metales (como óxido de magnesio y óxido de zinc) en lugar de azufre. Esto se debe a que el neopreno se comporta de manera diferente durante el proceso.
Vulcanización de siliconas
Las siliconas que se vulcanizan a temperatura ambiente (conocidas como RTV) se fabrican con polímeros especiales y rellenos minerales. Hay dos tipos principales:
- RTV-1 (sistemas de un componente): Se endurecen con la humedad del aire. El proceso de curado empieza en la superficie y avanza hacia el interior. Se venden en cartuchos sellados y son muy buenas para pegar, son elásticas y duraderas. Son muy resistentes a la luz solar y al clima.
- RTV-2 (sistemas de dos componentes): Son dos líquidos que, al mezclarse, se curan a temperatura ambiente y forman un material sólido, un gel o una espuma flexible. Las siliconas RTV-2 se mantienen flexibles en un rango muy amplio de temperaturas. Se usan para hacer moldes flexibles y muchas piezas técnicas para la industria y la medicina.
¿Se puede reciclar el caucho vulcanizado?
Reciclar el caucho vulcanizado es un desafío. Como la vulcanización es un cambio casi permanente, la red de enlaces que se crea no se puede "deshacer" fácilmente con químicos o calor para darle al caucho una nueva forma. Esto significa que si un producto de caucho vulcanizado no cumple con los requisitos, es difícil reutilizarlo.
Sin embargo, sí es posible reutilizar este material. Las empresas de reciclaje someten los productos vulcanizados a tratamientos químicos y de calor muy intensos. Durante este proceso, la red de enlaces se rompe.
El material que se obtiene se llama "caucho regenerado". Aunque sus propiedades físicas son un poco menos eficientes que las del caucho original, se puede volver a usar en diferentes proporciones (desde menos del 10% hasta más del 50%) para fabricar ciertos productos. Esto no solo ayuda a ahorrar, sino que también permite reciclar un material que se usa en grandes cantidades en todo el mundo.
Aspectos técnicos del reciclaje
La materia prima para el reciclaje suele ser caucho triturado. Los procesos más comunes para recuperarlo son:
- Proceso de bandeja: El caucho triturado se mezcla con aceites especiales y se coloca en recipientes. Estos recipientes se meten en un horno a presión (autoclave) con vapor y alta temperatura durante varias horas.
- Proceso de digestión: Se usa un recipiente con vapor y un agitador que mueve el caucho mientras se aplica el vapor. Puede ser un proceso húmedo (con agua y sosa) o seco (solo con vapor).
- Proceso mecánico: Se usa para reciclar neumáticos enteros de forma continua. El caucho triturado finamente se mezcla con aceites y se somete a altas temperaturas y mucho trabajo mecánico en una máquina especial.
También se ha propuesto un método químico para "desvulcanizar" el caucho, usando agentes químicos que rompen los enlaces. Sin embargo, este proceso es lento y genera residuos adicionales.
Recientemente, se ha propuesto un proceso químico para reciclar caucho de neumáticos usando un producto químico llamado "De-link". Este químico se mezcla con el caucho a bajas temperaturas. El caucho resultante, llamado "De-vulc", aún puede vulcanizarse y ser procesado de nuevo. Por ejemplo, el caucho natural vulcanizado con azufre puede reciclarse completamente a altas temperaturas usando ciertos compuestos.
Véase también
En inglés: Vulcanization Facts for Kids
