Agentes peptizantes
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Peptizers
La masticación es el proceso mediante el cual el peso molecular medio de un polímero se reduce mediante trabajo mecánico. La menor viscosidad resultante del polímero facilita la incorporación de cargas y otros ingredientes de composición y puede mejorar su dispersión. Debido a que a menudo es difícil mezclar de manera homogénea cauchos con viscosidades muy diferentes, la masticación del caucho de mayor viscosidad permitirá una mejor mezcla con otros elastómeros de menor viscosidad. El flujo de compuestos mejorado conduce a un procesamiento de línea descendente más fácil, como el calandrado y la extrusión. Generalmente se obtienen tiempos de procesamiento más cortos y un menor consumo de energía. Debido a que la mayoría de los cauchos sintéticos actuales se suministran con niveles de viscosidad fáciles de procesar, el proceso de masticación se limita principalmente al caucho natural. Aunque el proceso de masticación del caucho natural se puede realizar en un molino abierto, generalmente se lleva a cabo en un mezclador interno. Durante la descomposición mecánica, las moléculas de caucho de cadena larga se rompen bajo la influencia del alto cizallamiento del equipo de mezcla. Se forman fragmentos de cadena con radicales libres terminales, que se recombinan para formar moléculas de cadena larga si no se estabilizan. A través del oxígeno atmosférico, los radicales se saturan y estabilizan. Las cadenas son más cortas, el peso molecular se reduce y la viscosidad desciende. La temperatura es un factor importante en la masticación del caucho natural. Cuando se grafica la descomposición del caucho natural en función de la temperatura, se puede ver que el efecto es más bajo en el rango de 100°C-130°C. La rotura de la cadena por el proceso mecánico es más eficiente a bajas temperaturas (por debajo de 90°C) porque debido a la naturaleza viscoelástica de los elastómeros, el cizallamiento es mayor cuanto menor es la temperatura. Al aumentar la temperatura, aumenta la movilidad de las cadenas de polímero; se deslizan unos sobre otros, y la entrada de energía y la fuerza de corte generada disminuyen. Sin embargo, aunque el proceso de rotura mecánica es mínimo alrededor de los 120°C, por encima de esta temperatura, otro proceso de rotura con un mecanismo diferente, la escisión termooxidativa de las cadenas del polímero, se hace cargo y se vuelve más severo a medida que aumenta la temperatura. Una curva envolvente está formada por las curvas de la masticación termomecánica y la degradación termooxidativa a temperaturas elevadas. En la práctica, los dos modos de reacción se superponen. Todos los agentes peptizantes desplazan el inicio de la degradación termooxidativa a temperaturas más bajas. De los agentes peptizantes utilizados en épocas anteriores ahora solo están disponibles combinaciones de activadores específicos con tiofenoles, disulfuros aromáticos y mezclas de activadores con sales de ácidos grasos. Tenga en cuenta que, por razones medioambientales, los tiofenoles policlorados o que contienen cloro se han eliminado en gran medida del uso. Los activadores usados en combinación con un agente peptizante permiten que la descomposición comience a temperaturas más bajas y aceleren el proceso termooxidativo. Son quelatos, complejos de cetoxima, ftalocianina o acetilacetona con metales como hierro, cobalto, níquel o cobre, pero hoy en día casi exclusivamente complejos de hierro. Estos quelatos facilitan la transferencia de oxígeno mediante la formación de complejos de coordinación inestables entre el átomo metálico y la molécula de oxígeno. Esto afloja el enlace O-O y el oxígeno se vuelve más reactivo. Debido a la alta eficacia de los activadores o reforzadores, se utilizan sólo en pequeñas proporciones en los agentes peptizantes. Durante los últimos tiempos, los peptizantes físicos han ganado una gran importancia. Actúan como lubricantes internos y reducen la viscosidad sin romper las cadenas de polímero. Generalmente, los jabones de zinc han demostrado ser muy efectivos en esta función. La descomposición mecánica y química del elastómero da como resultado la escisión de la cadena, un peso molecular más bajo, una distribución de peso molecular más amplia y un mayor número de extremos libres de la cadena.
Escisión de la cadena
Promoviendo la escisión de la cadena durante la masticación, los peptizers , bajan las viscosidades compuestas y las temperaturas de vaciado, también, procesamiento, molde flujo y uniformidad de las existencias extruidas se mejoran. Durante la masticación, mientras se realiza la liquidación de compromiso y el corte de las cadenas moleculares de la cohesión molecular con fuerza de cizulación mecánica en el caucho crudo, este producto químico se utiliza para acelerar el corte de las cadenas moleculares. Además, promueve la plastificación y reduce el tiempo de funcionamiento de la masticación reduciendo la viscosidad del caucho. Su niveles de dosificación en caucho natural son 0,05 a 0,50 PHR (a medida que aumenta la temperatura de mezcla final, la menor niveles de uso). Los cauchos sintéticos requieren aproximadamente 2,0 PHR. Es posible eliminar la premasticación paso en mezcladores internos, donde las temperaturas superan los 100°C, añadiendo negro de carbón, óxido de zinc, ácido esteárico y aceites después de la adición de peptizer. Sin embargo, es importante que el azufre, los antioxidantes, retardadores y aceleradores se añaden al final del ciclo de mezcla ya que interferirán con la peptización. Para estireno butadieno (SBR) se recomienda no exceder 130°C temperatura de procesamiento para evitar posibles reacciones de ciclación. El uso de peptizadores químicos es generalmente mucho menos efectivo en cauchos sintéticos insaturados que en el caucho natural. Esto se debe en parte a que la estructura del caucho natural lo hace más susceptible a la escisión, en comparación con los polímeros a base de butadieno, que son resistentes a la descomposición del peso molecular. También se deriva del uso de antioxidantes como estabilizadores en polímeros sintéticos. Generalmente son disulfuro aromático en combinación con un activador orgánico metálico. Durante los últimos tiempos los peptizantes físicos han ganado mayor importancia. Ellos
actúan como lubricantes internos y reducen la viscosidad sin romper la cadena del polímero.
Generalmente los jabones de zinc han demostrado ser muy efectivos en este rol.
Uno puede distinguir entre peptización química, rotura mecánica y reducción de la viscosidad
a través de la lubricación. Mientras la rotura mecánica y química del elastómero dan como
resultado una escisión de la cadena, se obtienen un peso molecular más bajo y una
distribución de pesos moleculares más ancha. Los lubricantes no cambian las cadenas
moleculares, en otras palabras, no se las rompe.
Durante la rotura mecánica, la larga cadena de moléculas de caucho se rompe bajo la
influencia de un alto cizallamiento del equipo de mezclado. Se forman fragmentos de cadena
con radicales libres como terminales, que se recombinan con moléculas de cadena larga si no
están estabilizados. Las cadenas son más cortas, se reduce el peso molecular y la viscosidad
cae. Con cauchos sintéticos, aparte de división de las cadenas ramificadas, ocurre formación de
gel. La separación de la cadena causada por cizallamiento mecánico ocurre exclusivamente a
bajas temperaturas. Debido al carácter termoplástico de los elastómeros, a mayor
cizallamiento menor temperatura. Con temperatura en aumento, la movilidad de las cadenas
del polímero aumenta, ellas se deslizan una sobre otra y la entrada de energía y la fuerza de
cizallamiento generada caen. La tensión de cizallamiento sobre la rotura puede también estar
influenciada por el equipo de mezclado y su puesta en marcha.
En resumen, los beneficios de los agentes peptizantes son los siguientes :
- Acelere la reducción de la viscosidad, disminuyendo el tiempo de mezcla
- Reducir el consumo de energía
- Promover la uniformidad de lote a lote
- Facilitar la mezcla de elastómeros
- Reducir los costos de mezcla
- Mejora la dispersión