Lubricantes
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Lubricantes
Ya que la mayoría de los lubricantes están disponibles en escamas o pastillas, son fáciles de manipular y procesar. Pueden ser pesados sin polvillo y se incorporan fácilmente. En algunos casos se agregan al inicio del ciclo de mezclado, junto con las cargas, para hacer uso de sus efectos dispersantes. Muchos de ellos también pueden ser agregados sobre el final. Debido a sus relativamente bajos puntos de fusión, los productos se ablandarán rápidamente y brindarán una dispersión uniforme. Cuando se requiere dar mayor importancia al efecto lubricante, los aditivos de procesamiento deben agregarse sobre el final. Se emplean principalmente en materiales rígidos, facilitando el proceso en la obtención de caños, botellas, film, láminas, etc. Uno de los aspectos más importantes en la tecnología del polímeros es la lubricación, pues está muy unida a la estabilización, sobre todo en el procesado de los rígidos, donde la degradación durante la transformación es crítica. El grupo más grande de aditivos de procesamiento modernos contiene a los lubricantes. Desde los comienzos del procesamiento de caucho el ácido esteárico, el estearato de zinc y la grasa de lana fueron conocidos como sustancias que mejoraban efectivamente el flujo de los compuestos de caucho. El estearato de calcio fue y es usado como un agente de empolvamiento y separación. Se han usado estearatos de bario, cadmio y plomo, pero se dejaron de usar hace algunos años debido a razones ecológicas. Las materias primas esenciales para esta clase de productos son ácidos grasos, sales de ácidos grasos, ésteres de ácidos grasos, amidas de ácidos grasos y alcoholes grasos. Pero también son importantes loa hidrocarburos como la cera de parafina. Más recientemente se han incluido el polietileno y el polipropileno de bajo peso molecular debido a su carácter ceroso. Las organosiliconas (MEXTRON), están creciendo en importancia. Los lubricantes modernos disponibles en el mercado están, en su mayoría, compuestos específicamente por los materiales básicos mencionados arriba. Entre los ácidos grasos, el ácido esteárico todavía encuentra amplia aplicación como un material que mejora la procesabilidad de compuestos y sus características de curado a la vez. Es usado en gran medida como un constituyente del sistema emulsificante para cauchos sintéticos. Debido al bajo punto de fusión y al carácter ceroso de los ácidos grasos, éstos mejoran el mezclado y el procesamiento intermedio. Reducen la pegajosidad de los compuestos. Los ácidos grasos producidos a partir de aceites vegetales y grasas animales son predominantemente mezclas de ácidos grasos de C16 - C18. A pesar de tener una volatilidad más alta, los ácidos grasos que tienen una longitud de cadena más corta como el ácido láurico (C12), son usados ocasionalmente. Los ácidos grasos que tienen una longitud de cadena más larga son, por supuesto, muy apropiados, pero son raros y muy costosos para la industria del caucho.
Los lubricantes (Lubricantes y Lubricación), los agentes deslizantes, antibloqueantes y desmoldantes (Agentes desmoldeantes) controlan las propiedades de fricción y adherencia de los plásticos durante el procesamiento y el servicio. Los lubricantes también mejoran la dispersión de pigmentos y rellenos en plásticos. Se pueden obtener colores uniformes rompiendo los aglomerados en las preparaciones de pigmentos. Una mejor dispersión de los rellenos (p. ej., talco) mejora los límites de flujo y las propiedades del material. Los lubricantes internos reducen la fricción entre las partículas de polímero y las moléculas durante la fusión (plastificación) de los plásticos y el transporte de la masa fundida. Por lo tanto, reducen el consumo de energía en la plastificación, reducen la viscosidad del fundido, mejoran las propiedades de flujo, aumentan la producción de la maquinaria de procesamiento y permiten el procesamiento en condiciones menos estrictas. Los lubricantes externos reducen la fricción y la adhesión de los polímeros fundidos en las superficies metálicas calientes de la maquinaria de procesamiento (p. ej., tornillos y cilindros de extrusión, rodillos). Esto reduce la abrasión entre la masa fundida de polímero y el metal, y mejora la fluidez de la masa fundida. También mejora el brillo, la tersura y la regularidad de la superficie del plástico. Los agentes de desmoldeo evitan la adhesión de plásticos moldeados a los rodillos y moldes de enfriamiento de metal. Los agentes deslizantes mejoran las cualidades de fricción de las superficies plásticas acabadas (por ejemplo, cojinetes y engranajes) y evitan la adherencia entre películas apiladas. Los agentes antibloqueo evitan la adhesión entre las capas de película en rollos o pilas cuando se aplica presión y calor. Los agentes antideslizantes (promotores de adhesión) otorgan una pegajosidad limitada a los artículos terminados para reducir el deslizamiento (p. ej., entre bolsas llenas hechas de películas plásticas). No siempre es posible asignar un producto en particular a una de las clases anteriores. Por ejemplo, el límite entre los lubricantes internos y externos depende del tipo de polímero, la concentración de aditivos, la presencia de otros lubricantes y la temperatura de procesamiento. Muchos productos también realizan múltiples funciones: los lubricantes externos suelen ser efectivos como agentes desmoldantes o deslizantes. A menudo se requieren combinaciones cuidadosamente combinadas de aditivos. Este grupo de aditivos también debe cumplir con estándares de olor y sabor, comportamiento de migración, estabilización del producto y estabilidad térmica. Los lubricantes y compuestos relacionados pueden tener efectos desventajosos en algunas propiedades del producto. Los lubricantes internos pueden actuar como plastificantes y así reducir la temperatura de distorsión térmica. Los lubricantes externos pueden reducir la transparencia y perjudicar la imprimibilidad, la cementabilidad y la soldabilidad de los plásticos. Estos aditivos también afectan las propiedades mecánicas, especialmente en caso de sobrelubricación, lo que provoca falta de homogeneidad por fusión inadecuada del material.
Clases químicas lubricantes
Muchos lubricantes son compuestos anfóteros que contienen tanto una cadena de hidrocarburo larga como grupos polares (p. ej., grupos hidroxilo, éster o ácido). Los lubricantes se caracterizan por su masa molecular, índice de ácido o hidroxilo, índice de saponificación, contenido de metal, punto de fusión o goteo, temperatura de fraguado en frío, estabilidad térmica, volatilidad, densidad, viscosidad y (para agentes sólidos) tamaño de partícula. La acción de un lubricante depende de su polaridad. Las moléculas polares actúan como lubricantes internos en polímeros polares como el PVC y como lubricantes externos en polímeros no polares como las poliolefinas y viceversa. La polaridad está fuertemente influenciada por la longitud de la cadena hidrocarbonada. Los lubricantes se pueden clasificar como ácidos grasos y sus derivados (cadenas C12 - C22), ácidos montánicos y sus derivados (C28 - C32), parafinas (C20 - C70) y ceras poliolefínicas (masa molecular 2000 - 10 000). Los ácidos grasos, los alcoholes grasos y sus derivados comprenden los siguientes grupos:
1. Ácidos esteárico, 12-hidroxiesteárico, palmítico y behénico
2. Alcoholes cetílico y estearílico
3. Estearatos metálicos (Zn, Ca, Pb, Al, Mg y Na )
4. Estearato de butilo, estearato de tridecilo, monoestearato de glicerol (GMS), monoricinoleato de glicerol, monooleato de glicerol, triestearato de glicerol, tri-12-hidroxiestearato de glicerol (aceite de ricino hidrogenado), triestearato de trimetilolpropano y tetraestearato de pentaeritritol
5. Adipato de diestearilo, ftalato de diestearilo, palmitato de cetilo, estearato de cetilo, estearato de estearilo y behenato de behenilo
6. Isostearamida, oleamida, erucamida, etilenbisestearilamida (EDS o “cera de amida”)
7. También se utilizan ésteres de ácidos grasos oligoméricos (“ésteres de ácidos grasos complejos”). Estos se obtienen por policondensación de ácidos dicarboxílicos (p. ej., ácido adípico), polioles (p. ej., pentaeritritol) y ácidos monocarboxílicos (p. ej., ácido esteárico). Pueden estar parcialmente saponificados o contener calcio. Ácidos montánicos y sus derivados (ceras montanas).
Los ácidos montánicos se obtienen a partir del lignito y consisten en mezclas de ácidos C28 – C32. Los derivados incluyen montanatos de calcio, montanatos de sodio y ésteres con etilenglicol, butanodiol, glicerol o pentaeritritol. Las parafinas pueden derivarse del petróleo (los miembros de la cadena lineal son sólidos, los miembros de la cadena ramificada son líquidos) o son parafinas sintéticas (Fischer - Tropsch). Ceras de poliolefina. Las ceras de poliolefina más comunes son las ceras de polietileno con estructuras ramificadas y lineales; las ceras de polipropileno parcialmente cristalinas son menos comunes. Las ceras de polietileno polar se obtienen por oxidación; tienen números de ácido de ca. 20 – 70. Otras clases de productos químicos. Los polímeros fluorados, las parafinas cloradas, las siliconas, los grafitos y otras sustancias se utilizan como lubricantes y compuestos relacionados. El gel de sílice, la tiza y otros minerales se emplean como agentes antibloqueo y ayudas al deslizamiento. Este artículo no cubre los agentes desmoldantes aplicados externamente (por ejemplo, ceras, polímeros fluorados, siliconas y jabones metálicos), que se rocían o se cepillan sobre las superficies del molde. Estos métodos se utilizan principalmente con resinas termoendurecibles (p. ej., poliuretano, poliéster insaturado, epoxi).
Mecanismo de acción
La propiedad de reducción de la fricción de los lubricantes se debe a sus largas cadenas de hidrocarburos (> C12). Los efectos lubricantes dependen de las interacciones entre el lubricante y la matriz polimérica (solubilidad del lubricante en el polímero) y de la asociación entre el lubricante y las superficies metálicas. A diferencia de los plastificantes, que son completamente solubles en el polímero, los lubricantes deben tener una solubilidad limitada; esto está asegurado por su carácter anfótero. Los lubricantes internos tienen una afinidad relativamente alta por los polímeros. Los lubricantes polares en, por ejemplo, el PVC se disuelven o se unen fuertemente a la superficie de las asociaciones de moléculas de polímero que se producen en el estado plástico. Los efectos típicos son una disminución de la temperatura de reblandecimiento debido al hinchamiento, una reducción de la viscosidad del fundido y amortiguamiento por fricción entre las partículas de polímero. Los buenos lubricantes internos tienen altos límites de saturación y puntos de turbidez. Los lubricantes externos están fuertemente asociados a las superficies metálicas de los equipos de procesamiento o forman fases discretas dentro del polímero fundido. Solo tienen una baja afinidad por los polímeros. Los efectos típicos son una reducción de la adherencia al metal y de la fricción entre las partículas de polímero, lo que conduce a una plastificación más lenta. Los lubricantes externos a menudo causan neblina. Debe evitarse la sobrelubricación porque es necesaria cierta adherencia al metal para el transporte de la masa fundida en la extrusora y también en el calandrado. Los agentes de desmoldeo forman una película entre la superficie metálica y el plástico enfriado. Los agentes deslizantes migran a la superficie del plástico, donde sus cadenas hidrocarbonadas actúan como lubricante. Los agentes antibloqueo hacen ligeramente áspera la superficie de la película para que el aire quede atrapado entre las capas apiladas. Los agentes antideslizantes crean artificialmente asperezas en la superficie donde las partículas no lubricantes incorporadas en la masa fundida sobresalen de la película.
Métodos de prueba
Los métodos basados en aplicaciones prácticas se aplican a las pruebas de lubricantes. Uno de los más importantes es el plastógrafo (por ejemplo, Brabender Plasticorder). El polvo plástico formulado se coloca en una cámara de amasado a una temperatura preestablecida (p. ej., 140 – 160°C) y se plastifica con un dispositivo de doble eje que funciona a velocidad constante. La curva pasa por un valor de par máximo Tmax, marcando el inicio de la plastificación en la mezcla de polvo. Luego declina a un mínimo Tmin, seguido de un aumento a un segundo máximo Te como resultado de la fricción creciente. La plastificación está completa en Te. El tiempo entre Tmax y Te se denomina tiempo de plastificación tg. La prueba se utiliza para establecer proporciones adecuadas de lubricantes internos y externos. Por ejemplo, un tg más corto o un aumento en la relación (Tmax Tmin)/tg indica lubricación interna. A medida que la cadena de hidrocarburos en el lubricante se hace más larga, la resistencia máxima al amasado disminuye. Otras pruebas emplean extrusiómetros (medición de la temperatura y presión de la masa fundida del polímero en el cilindro del extrusor y en la matriz), viscosímetros capilares (cantidad de material descargado por unidad de tiempo a presión y temperatura constantes) o molinos de rodillos (tiempo que transcurre entre carga y adhesión de la lámina de polímero en los rollos). En la prueba en espiral, el material se inyecta en un molde en espiral y se mide la distancia que recorre el material en el corredor. Los efectos de deslizamiento y bloqueo se estudian en pruebas de deslizamiento y adhesión con películas (p. ej., ASTM D 1893 o D 3354). Las mediciones de turbidez y brillo superficial son un componente importante de todas las pruebas de lubricantes.
Aditivos de procesamiento
Los lubricantes son aditivos de procesamiento que se utilizan para mejorar el flujo y la liberación del compuesto. En los primeros días del procesamiento del caucho, se reconoció que el ácido esteárico, el estearato de zinc y la grasa de lana eran eficaces para mejorar la fluidez de los compuestos del caucho. Se utilizaron estearato de bario, calcio y plomo, pero se retiraron hace algún tiempo por razones ambientales. Las materias primas esenciales para esta clase de productos son ácidos grasos, sales de ácidos grasos, ésteres de ácidos grasos, amidas de ácidos grasos y alcoholes grasos. Además, son importantes los hidrocarburos como la cera de parafina. Más recientemente, se han utilizado polietileno y polipropileno de bajo peso molecular debido a su carácter de cera. Los lubricantes modernos del mercado se componen normalmente de los materiales básicos enumerados anteriormente. Entre los ácidos grasos, el ácido esteárico todavía encuentra una aplicación generalizada como material que mejora tanto la procesabilidad de los compuestos como sus características de curado. Debido a su bajo punto de fusión (P.M.) y su carácter ceroso, los ácidos grasos mejoran tanto la mezcla como el procesamiento de línea descendente. Reducen la pegajosidad de los compuestos. Los ácidos grasos producidos a partir de aceites vegetales y grasas animales son predominantemente mezclas de ácidos grasos C16-C18. Aunque tienen una mayor volatilidad, ocasionalmente se utilizan ácidos grasos con una longitud de cadena más corta, como el ácido láurico (C12). La compatibilidad limitada del ácido esteárico con cauchos sintéticos y la necesidad de productos especiales para resolver problemas complejos de procesamiento han sido la fuerza impulsora para el desarrollo de lubricantes más modernos. Las materias primas de la mayoría de los lubricantes son mezclas de glicéridos, como aceites vegetales y grasas animales. A través de la saponificación de los glicéridos, se obtienen mezclas de ácidos grasos que varían en la distribución de la longitud de la cadena de carbono y en su grado de insaturación. Existe lubricación interna, la cual se obtiene con estearatos metálicos y ésteres de ácido graso, ésteres de cera de montana, gliceril ésteres, tales como los de los ácidos esteárico y oleico; alcoholes de cadena larga, etcétera. La función de estos aditivos consiste en disminuir la fricción de las moléculas de polímero entre sí, de modo que mejore el flujo del material. En general, los lubricantes internos son químicamente similares a los externos, con la excepción de que tienen mayor compatibilidad con el polímero y no migran fácilmente a la superficie. La lubricación externa, la cual se obtiene mediante el uso de aceites parafínicos, ceras parafínicas y polietilenos de peso molecular bajo. Los lubricantes externos tienen como misión reducir y controlar la adhesión entre el polímero y las partes metálicas de los equipos de transformación. Tienen baja solubilidad en el polímero, sobre todo a las temperaturas de procesado, pero han de tener suficiente polaridad de modo que tengan afinidad tanto por el polímero como por las superficies metálicas. Esto se consigue con moléculas que posean una zona polar y una no polar. Los lubricantes internos contribuyen a bajar las viscosidades de la fusión y a reducir la fricción entre las moléculas. Los lubricantes externos funcionan esencialmente emigrando hacia la superficie, donde reducen la fricción del plástico fundido y las paredes metálicas del extrusor, calandria, etc. Esta particularidad también es empleada para impartir propiedades finales al producto, como la de anti-adeherencia (antiblocking) o de no pegafocidad (antitacking). De entre todos los lubricantes, el ácido esteárico es, con mucho, el más empleado. La velocidad de migración de los lubricantes a la interfase depende de su peso molecular. 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.
Ceras
Las ceras son mezclas de hidrocarburos de distinto tamaño molecular y se obtienen de corrientes de la refinación del petróleo. Una primer clasificación global las divide en ceras parafínicas y ceras microcristalinas. Las parafínicas (también se las conoce como “parafinas”) tienen en general menor peso molecular, menor punto de fusión, mayor proporción de hidrocarburos de cadena recta y una mayor cristalinidad. En cambio las microcristalinas tienen una alta proporción de cadenas ramificadas (isoparafinas) y también grupos nafténicos (anillos saturados de carbono). Todo esto hace que sean más amorfos y tengan mayor punto de fusión.
Cómo funcionan las ceras para proteger al caucho y frenar su envejecimiento?
Las ceras son parcialmente solubles en los compuestos de caucho y por lo tanto migran hacia la superficie formando una película sobre la misma que impide que el oxígeno y ozono del aire puedan atacar al caucho. La efectividad de la cera para proteger al caucho depende de ese delicado equilibrio entre solubilidad y migración. El grado en que una cera migrará a la superficie depende a su vez del tiempo y temperatura de exposición, de la concentración de la cera y del resto del compuesto. De acuerdo al rango de temperaturas en que trabajará el artículo habrá un tipo de cera que dará óptimo balance entre movilidad y solubilidad para una buena protección. Para facilitar las cosas los productos comerciales son normalmente mezclas en diversas proporciones de ceras parafínicas y microcristalinas. De ese modo se balancea la mayor movilidad para migrar de las primeras con la menor movilidad de las microcristalinas. La gran ventaja de las ceras es que se obtiene una buena protección contra el ozono, en condiciones estáticas, a un costo más bajo y sin los problemas de manchado de los antiozonantes más potentes. El problema se plantea en las aplicaciones donde hay deformaciones repetidas ya que, en esos casos, el film protector de cera se quiebra y se producen fuertes ataques localizados por ozono . Por eso deben usarse en estas aplicaciones la cera combinada con antiozonantes del grupo de las parafeniléndiaminas (PPD). Así la cera, en un nivel típico de 2 phr,además de proteger parcialmente, ayuda al antiozonante a llegar a la superficie y prevenir el ataque del ozono.
Otros lubricantes
Los ácidos grasos tienden a ser incompatibles y, por lo tanto, insolubles en el hidrocarburo del caucho y, en consecuencia, pueden migrar a la superficie del caucho sin curar para formar una flor. Esto será perjudicial para la capacidad de adherencia del componente y puede provocar problemas de ensamblaje en la línea descendente. Esto ha llevado al desarrollo de ésteres de ácidos grasos, amidas de ácidos grasos y jabones metálicos que son solubles en caucho y minimizan la formación de brotes. Los ésteres de ácidos grasos se producen mediante la reacción de ácidos grasos con varios alcoholes. Además de buenos efectos lubricantes, promueven la humectación y dispersión de los materiales compuestos. Las longitudes de la cadena de carbono de los componentes ácido y alcohol varían entre C16 y C34. Los jabones metálicos se producen mediante la reacción de sales de ácidos grasos solubles en agua con sales metálicas (por ejemplo, ZnCl2) en una solución acuosa (proceso de precipitación). Los jabones metálicos también se obtienen mediante una reacción directa de ácido graso con óxido, hidróxido o carbonato metálico. Los jabones metálicos más importantes son los jabones de zinc y calcio, siendo los jabones de zinc los que tienen la mayor cuota de mercado. Debido a que los jabones de calcio tienen menos influencia sobre la reacción de reticulación y el tiempo de quemado, en la mayoría de los casos, se usan en compuestos basados en elastómeros que contienen halógeno como CR o halobutilo. Los jabones metálicos se basan principalmente en ácidos grasos C16 - C18. Debido a la mejor solubilidad en el caucho y los puntos de fusión más bajos, los lubricantes modernos contienen frecuentemente sales de ácidos grasos insaturados. Cuando hay de 2 a 5 phr de un jabón metálico en un compuesto, el nivel de ácido esteárico debe reducirse a 1 phr para minimizar la floración. El jabón más conocido, el estearato de zinc, también se usa como agente espolvoreador para losas sin curar a base de cauchos no polares. Debido a su alta cristalinidad, la compatibilidad del estearato de zinc suele ser limitada. Puede producirse una floración, lo que puede provocar la separación de las capas en los artículos ensamblados. En general, los jabones metálicos también son buenos agentes humectantes. Bajo la influencia de velocidades de cizallamiento más altas, promueven el flujo del compuesto, pero sin cizallamiento, la viscosidad permanece alta (resistencia en verde). Las mezclas de sales de zinc basadas en ácidos carboxílicos alifáticos y aromáticos son activadores del curado, retrasando fuertemente la reversión de los compuestos NR. El efecto es más pronunciado en sistemas semi-EV. Los alcoholes grasos se obtienen por reducción de ácidos grasos. Los alcoholes grasos puros rara vez se utilizan como aditivos de procesamiento para compuestos de caucho debido a su solubilidad muy limitada. Actúan como lubricantes internos y reducen la viscosidad. Las amidas de ácidos grasos son productos de reacción de ácidos grasos o sus ésteres con amoniaco o aminas. Todos los productos de este grupo reducen la seguridad contra quemaduras, lo que debe tenerse en cuenta en el desarrollo de compuestos. Las organosiliconas son relativamente nuevas en la gama de lubricantes. Se producen por condensación de derivados de ácidos grasos con siliconas y combinan una buena compatibilidad a través del componente orgánico con las excelentes propiedades lubricantes y de liberación de las siliconas. Dependiendo de su estructura, se pueden adaptar a elastómeros estándar o especiales. Tienen una alta estabilidad térmica. Debido a su alta compatibilidad, las organosiliconas no son propensas a una adhesión reducida, deslaminación o contaminación general, que generalmente se asocian con la presencia de siliconas en una fábrica de caucho. Mejoran significativamente el calandrado y el desmoldeo y reducen el ensuciamiento del molde en polímeros críticos como el copolímero de óxido de etileno y epiclorhidrina (ECO) o fluoropolímeros como FKM. Las ceras de polietileno y polipropileno de bajo peso molecular se dispersan fácilmente en caucho natural y cauchos sintéticos. Actúan como lubricantes y agentes de liberación. En particular, mejoran la extrusión y el calandrado de compuestos secos y reducen la pegajosidad de compuestos de baja viscosidad. Su compatibilidad con cauchos polares como el policloropreno o el copolímero de acrilonitrilo-butadieno (NBR) es limitada. Esto puede provocar problemas de adhesión y tejido cuando se utilizan niveles de dosificación más altos. Propiedades y modo de acción de los lubricantes Los principales efectos positivos que se pueden lograr en varias etapas de procesamiento mediante el uso de lubricantes. Una clasificación estricta de los productos en lubricantes internos y externos es difícil, porque prácticamente todos los lubricantes para compuestos de caucho combinan efectos lubricantes internos y externos. Esto depende no solo de su estructura química, sino también del polímero específico en el que se utilizan. En general, la solubilidad en el elastómero es el factor determinante. Un aditivo de procesamiento que actúa predominantemente como lubricante interno servirá principalmente como un modificador de la viscosidad a granel y mejorará la dispersión del relleno. El comportamiento de deslizamiento se ve afectado solo en menor medida. Un lubricante con acción predominantemente externa mejorará en gran medida el deslizamiento y reducirá la fricción entre el elastómero y las superficies metálicas del equipo de procesamiento. Su influencia sobre la viscosidad del compuesto es marginal. La dispersión del relleno se puede mejorar mediante la acumulación en la interfaz entre el elastómero y el relleno. Sin embargo, niveles de dosificación más altos pueden provocar una "lubricación excesiva" (concentración excesiva) y la consiguiente floración. La lubricación se logra mediante una reducción de la fricción. En la fase inicial de adición, el lubricante reviste el elastómero y posiblemente otros materiales de composición, y se reduce la fricción contra las partes metálicas del equipo de procesamiento. Con el aumento de temperatura, el lubricante comienza a fundirse y se incorpora a la matriz mediante la acción de cizallamiento del mezclador. La velocidad y el grado de incorporación del lubricante en un elastómero se determinan por su punto de fusión, viscosidad de fusión y solubilidad. Estos factores dependen de su estructura química y polaridad. Los criterios químicos para la eficacia de los lubricantes orgánicos son la longitud de la cadena de hidrocarburos, el grado de ramificación, la insaturación y la estructura y polaridad de los grupos terminales. La acción de los lubricantes a base de ácidos grasos se ha explicado mediante la teoría de las micelas de la química de los tensioactivos. La compatibilidad limitada del ácido esteárico con los cauchos sintéticos, y la necesidad de productos especiales para resolver problemas complejos de procesamiento ha llevado al desarrollo de lubricantes más modernos. Las materias primas para la mayoría de los lubricantes son mezclas de glicéridos tales como aceites vegetales y grasas animales.
Ácidos grasos
A través de la saponificación de los glicéridos 14 se obtienen mezclas de ácidos grasos que varían en la distribución de la longitud de la cadena de carbono y en su grado de insaturación. Los procesos de separación y purificación llevan a ácidos grasos específicos que son la base de los lubricantes hechos a medida en el procesamiento del caucho. Los ésteres de ácidos grasos se producen a partir de la reacción de los ácidos grasos con varios alcoholes. Aparte de los buenos efectos de lubricación, ellos promueven la humectación y la dispersión de los materiales del compuesto. De los ésteres encontrados naturalmente, la cera de carnauba se usa tradicionalmente como lubricante para cauchos fluorados. El material es extraído de las hojas de palma de carnauba. Es conocido también como base para lustres. La cera de montana es un éster fósil obtenido del carbón marrón a través de la extracción con solvente. En los primeros tiempos fue usado ampliamente en compuestos para suelas, para mejorar la terminación de la superficie y para facilitar el pulido sin afectar adversamente la adhesión. Las longitudes de la cadena de carbono de los componentes ácidos y alcoholes varían entre C20 y C34. Los jabones metálicos se producen a través de la reacción de las sales de ácidos grasos solubles en agua (por ejemplo potasio) con sales metálicas (por ejemplo ZnCl2) en solución acuosa (proceso de precipitación). También, los jabones metálicos se obtienen por medio de una reacción directa de los ácidos grasos con óxido metálico, hidróxido o carbonato. Los jabones metálicos más importantes son jabones de zinc y calcio, y los jabones de zinc ocupan la mayor proporción del mercado. Debido a que los jabones de calcio tienen menos influencia sobre la reacción de reticulación y sobre la prevulcanización en la mayoría de los casos, son usados en compuestos a base de elastómeros que contienen halógenos, como CR o halobutilo. Los jabones metálicos se basan, en su mayoría, en ácidos grasos de C16 - C18. Los lubricantes modernos contienen frecuentemente las sales de ácidos grasos insaturados, debido a su mejor solubilidad en el caucho y sus puntos de fusión más bajos. El jabón mejor conocido, el estearato de zinc, se usa también como agente de empolvamiento para planchas no curadas cuya base son mayormente cauchos no polares. La compatibilidad del estearato de zinc es a menudo limitada, debido a su alta cristalinidad. Puede haber eflorescencia, lo que llevará a una separación de los pliegues en artículos ensamblados. En general, los jabones metálicos son también buenos agentes de humectación. Bajo la influencia de altas velocidades de cizallamiento ellos promueven el flujo del compuesto, pero sin cizallamiento la viscosidad permanece alta (resistencia en crudo). Los jabones de ácidos grasos insaturados demostraron también su valor como una alternativa física a los peptizantes químicos, a través de su efecto lubricante; ellos exhiben una alta compatibilidad con el caucho. Mezclas de sales de zinc a base de ácidos carboxílicos alifáticos y aromáticos son excelentes activadores del curado que retrasan marcadamente la reversión en compuestos de NR con un sistema de curado de azufre convencional. Los alcoholes grasos se obtienen a partir de la reducción de ácidos grasos. Los alcoholes grasos lineales son usados raramente como aditivos de procesamiento para compuestos de caucho. Actúan como lubricantes internos y reducen la viscosidad. Se usan ocasionalmente en productos patentados como componente de dispersión y despegue. En general, su compatibilidad es buena. El alcohol estearílico (1-octadecanol), sin embargo, tiene compatibilidad limitada y tiende a eflorescer. Las amidas de ácidos grasos son producto de la reacción de ácidos grasos o sus ésteres con amoníaco o aminas. Todos los productos de este grupo tiene un efecto de activación más o menos fuerte sobre la prevulcanización; esto tiene que ser tenido en cuenta por el formulador. Las amidas de ácidos esteárico, oleico, y erúcico son lubricantes usados a menudo en termoplásticos. La bis-estearamida de etileno (EBS) que tiene un punto de fusión alto, 140ºC, raramente se usa como lubricante en compuestos de caucho ya que puede ocasionar problemas de dispersión. La amida de ácido erúcico se usa ocasionalmente con el fin de reducir el coeficiente de fricción del SBR vulcanizado. Las organosiliconas son relativamente nuevas en el grupo de los lubricantes. Se producen a través de la condensación de derivados de ácidos grasos con siliconas, y combinan una compatibilidad excepcionalmente buena a través del componente orgánico con las excelentes propiedades lubricantes y de despegue de las siliconas. Dependiendo de su estructura se pueden adaptar a elastómeros comunes o especiales. Tienen una alta estabilidad térmica. Debido a su alta compatibilidad, las Organosiliconas no dependen de los temidos problemas de reducción de la adhesión, delaminación o contaminación general, que se asocian generalmente con la presencia de siliconas en la industria del caucho! Además mejoran significativamente el calandrado y el desmolde. Las ceras de Polietileno y Polipropileno de bajo peso molecular se dispersan fácilmente en NR y cauchos sintéticos. Actúan como lubricantes y agentes de despegue. Mejoran la extrusión y el calandrado de compuestos secos en particular, y reducen la pegajosidad de compuestos de baja viscosidad. Su compatibilidad con cauchos polares como CR o NBR es limitada. Esto puede llevar a problemas de adhesión o unión cuando se usan altas dosis. Las ceras de PE se usan ocasionalmente como componentes en combinaciones de lubricantes. El polipropileno se encuentra a menudo en lubricantes para la industria del plástico.
Otros productos
Grafito, disulfuro de molibdeno y productos fluorocarbonados deben mencionarse como lubricantes. Estas sustancias, sin embargo, son raramente usadas ya que son más bien lubricantes de superficie antes que materiales para formulación.