Caucho de estireno - copolímeros de butadieno-estireno (SBR )
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Estireno-butadieno
Caucho estireno-butadieno
El caucho de butadieno estireno, SBR, es sin duda el caucho sintético más difundido en el mundo. El butadieno (CH2 = CH-CH = CH2) y el estireno (C6H5-CH = CH2) son los monómeros de base para la producción de SBR, siendo el contenido de estireno de alrededor del 23,5%, habiendo grados de SBR con un contenido de estireno de 40 a 85%. A medida que aumenta el contenido de estireno, el producto de la polimerización (SBR) asume más la característica de producto termoplástico, por lo que este tipo se utiliza siempre combinado con SBR normal, obteniéndose así mayor facilidad de trabajo. La mayor parte del SBR, cerca de 85 a 90%, es polimerizado por emulsión, siendo el restante 10 a 15% polimerizados en solución. En función de la temperatura de polimerización, el caucho obtenido se clasifica como "hot rubber" si la temperatura de polimerización es de unos 55°C y de "cold rubber" si la temperatura de polimerización se sitúa entre 5-10 ° C, esta última mejores características de trabajo. En cuanto al tipo de estabilizadores usados en la polimerización, el SBR está clasificado como SBR manchante (staining) y SBR no manchante
Butadieno estireno
- SBR
- S-B-R
- E-SBR
- S-SBR
- L-SBR
- Copolimero-estireno-butadieno
- Butadiene-styrene
Caracteristicas del SBR
- Excelentes propiedades mecánicas, moderada al desgarro
- Precio más económico que el cacuho natural
- Inferior resiliencia en comparación con el caucho natural
- Buena resistencia al envejecimiento y a la temperatura
- Campo de temperatura: entre -50ºC y 90ºC
- Buena resistencia química a muchos productos químicos inorgánicos, pero mala con ácidos oxidantes
- Resistencia limitada a ácidos minerales, no siendo adecuada para líquidos orgánicos en general
- Su resistencia puede aumentarse con una formulación adecuada
Caucho estireno-butadieno formula quimica
Estireno butadieno caracteristicas
Los vulcanizados obtenidos a partir del caucho de butadieno estireno (SBR) presentan una mejor resistencia a la abrasión que el caucho natural (NR), así como una mejor resistencia a altas temperaturas (100 ° C) y al envejecimiento, pero una menor flexibilidad y elasticidad a bajas temperaturas (hasta alrededor de -50 ° C). Tiene una moderada resiliencia, excelente resistencia a la abrasión, moderada resistencia al desgarro, excelente resistencia al impacto, moderada resistencia a la flexión. En el caso de las temperaturas elevadas, los vulcanizados de SBR presentan un endurecimiento y no un ablandamiento como ocurre con los vulcanizados de caucho natural. La permeabilidad al gas presentada es elevada pero menor que la de los vulcanizados de caucho natural mientras que la resistencia química es similar a la del caucho natural
Estireno butadieno propiedades termicas
Caucho de estireno-butadieno conserva su forma y otras propiedades en un rango de temperaturas. La capacidad de resistir temperatura es importante para los artículos que estarán al aire libre en todo tipo de clima, tales como neumáticos. SBR puede soportar el frío hasta menos 65 grados Fahrenheit y el calor de hasta 200 grados, cubriendo las peores tormentas de invierno y el más ardiente sol de verano en zonas donde viven los seres humanos. Temperatura de servicio: –50 °C a 90 °C.
Estireno butadieno propiedades eléctricas
Goma proporciona aislamiento contra corrientes eléctricas, y SBR es un excelente intérprete en esta área. Confiablemente adhiere a metal, aunque no se quede pegada a la tela, así. Es un poco permeable a los gases: no perfectamente permeable, pero hermético no cualquiera.
Estireno butadieno propiedades químicas
Uno de los factores que hacen SBR una goma de neumático adecuado es su resistencia a los hidrocarburos. El aceite puede llegar a calzada de los coches y se transfiere a los neumáticos cuando viajan en ese camino. Neumáticos pueden también venir en contacto con el aceite durante el mantenimiento. Petróleo sobre todo puede comer lejos en goma. SBR es altamente resistente a la degradación causada por casi todo el aceite. La excepción es aceite mineral, que SBR tiene escasa resistencia. El aceite no es el único material que un caucho resistencia a fin de ser útil. Estireno-butadieno tiene una alta resistencia al agua, importante para días de lluvia. Resiste productos químicos ácidos y lejía, así. SBR tiene una alta resistencia a la abrasión, lo que significa que puede hacer frente a una gran cantidad de desgaste en comparación con otros cauchos. También es resistente a la oxidación, el proceso de enlace con otras moléculas de oxígeno. Esto produce óxido en objetos de metal, pero SBR no es propenso a este tipo de corrosión, en general :
- Baja resistencia a la intemperie (oxidación, ozono, luz solar).
- Buena resistencia al agua pero pobre resistencia al vapor de agua.
- No poseen resistencia a los hidrocarburos (alifáticos, aromáticos, clorados).
- Baja resistencia a ácidos diluidos, menor aún en caso de mayor concentración.
- Baja resistencia a los aceites (animal y vegetal).
- Buena resistencia a la Fatiga
- No resiste aceites y grasas
- Excelente resistencia a la tracción
- Resistente al agua, soluciones salinas y ácidos débiles.
Caucho SBS procesabilidad
Salvo cuestiones de detalle o magnitud, los cauchos SBR se procesan en los mismos equipos y del mismo modo que el Caucho Natural. La primer diferencia radica en que requieren menos masticación inicial para un adecuado procesamiento posterior (en algunos casos casi ninguno) de modo que permiten un mayor rendimiento del equipo de mezclado. En cambio requieren algo más de potencia y generan más calor durante el mezclado. Dado que su viscosidad es más constante y menos sensible a la masticación mecánica, permiten establecer condiciones de trabajo normalizadas con menor riesgo de variación incluso frente a desviaciones del procesamiento. Otra diferencia que se puede establecer entre el SBR y el Caucho Natural es el menor nivel de pegajosidad en crudo del primero. Si se requiere aumentarla, se deberán utilizar resinas que favorezcan esta característica, en tipo y cantidad acordes con las necesidades en proceso. Debido a su mayor capacidad de carga (negro de humo), los SBR pueden mezclarse con secuencia invertida (ciclo up-side down) en menor tiempo y con óptima dispersión de mezclado. Sus propiedades de extrusión son superiores a las del Caucho Natural por tener menor tendencia a la prevulcanización (excepto que el nivel y tipo de negro de humo influya más que el caucho en este aspecto).
Polimerización
La producción de terpolímeros de bloque con estructura de brazos, tanto radial como lineal, con un alto grado de pureza, se obtiene gracias a la selección de agentes de acoplamiento adecuados con composición halo-silánica o halocarbono. La adición de un agente de acoplamiento, haluros de silicio o diésteres, conduce a la formación del copolímero SBS de bloque radial. Cuando se agrega el estireno en lugar del agente de acoplamiento conduce siempre a un copolímero SBS lineal. El contenido de estireno de la mayoría de las emulsiones SBR varía de 0% a 50%. El porcentaje de estireno de la mayoría de los grados de E-SBR disponibles en el mercado es del 23,5%. En vulcanizados de SBR, a medida que aumenta el contenido de estireno, las propiedades dinámicas y la resistencia a la abrasión disminuyen mientras que la tracción y la dureza aumentan. Hoy existen dos tipos principales de SBR con diferentes propiedades según el proceso de producción:
- Emulsión SBR (e-SBR): SBR caliente o SBR frío
- Solución SBR (s-SBR)
La solución SBR (S-SBR) muestra diferencias significativas con respecto a E-SBR: la polimerización en solución de SBR proporciona una distribución de peso molecular más estrecha y, además, un contenido de butadieno notablemente mayor en cis-1,4. Esto proporciona mejores propiedades elásticas de las redes de S-SBR, entre otros extremos menos colgantes. Además, la técnica de polimerización en solución ofrece al fabricante más posibilidades para gobernar la estructura de polímero deseada.
Polimerización Caucho SBS
La polimerización del SBR consta de los siguientes pasos:
- Preparación de reactivos
- Polimerización
- Recuperación de monómeros
- Coagulación
- Secado de goma
Preparación de reactivos
Los monómeros butadieno y estireno son lavado con soda cáustica para remover los inhibidores de polimerización usados en el transporte del monómeros, despues son lavados con agua para quitar cualquier residuo de cáustica. Los dos monómeros, son mezclados en proporciones en peso de butadieno/estireno de 3 a 1.
Solución de jabón
Se utiliza como emulsificadora en base al tipo de producto final deseado , se utilizan composiciones diferentes. Usualmente es una solución de jabón de ácidos grasos o sales ácidas carboxílicas, tales como ácido versático o ácido benzoico.
Iniciador
Siendo un procesos redox, como agente reductor se utiliza sulfoxilato de sodio, minetras el agente oxidante se utiliza hidroperóxido de paramentano, como quelatante se usa sulfato ferroso.
Terminación
Usualmente la conversión de monómeros es menor del 65%, porque una converison mayor del 65% causa una transformación parcial del polímero en gel. Por lo tanto la reacción se detiene apenas se alcanza la conversión deseada. Como inhibidores se usa una solución de dimetilditiocarbamato de sodio.
Estabilizadores
Los estabilizadores , N-fenil alfa-naftilamina o Neozona D, PBNA, 2246, o Ac-5 , se agregan al látex antes de la coagulación para prevenir la degradación por oxidación y el entrecuzamiento del polímero durante las operaciones de acabado y almacenamiento.
Coagulantes
La polimerización genera un látex, que es una masa viscosa para convertirlo en un sólido, el látex debe ser coagulado con una solución de cloruro de sodio conteniendo ácido sulfúrico.
Reguladores del peso molecular
El peso molecular del producto final se regula mediante mecaptanes como dodecil mercaptán, que ayuda a limitar el peso molecular originando transferencias de cadenas.
Reacción de polimerización
La reacción pasa en una serie de reactores agitados, se mantiene en una atmósfera inerte para evitar cualquier entrecruzamiento, con presión y una especifica temperatura, gracias a estas condiciones, el butadieno se mantiene líquido, usualmente el tiempo de polimerización es mas o menos de 10h. Los reactores cuentan con un sistema de enfriamiento para mantener la temperatura a 5°C. La emulsión pasa a través de cada reactor, la conversión de monómero por reactor es del 6%, para llegar al 65% pasan en 10 reacotres. Una ves que se alcanza el 60 - 65% se introduce una solución de dodecil mercaptán en el reactor final para detener la polimerización. Se usa un aditivo como hidrazina o un derivado de la hidroxilamina para evitar la formación de espuma cuando el látex es calentado. Los monómeros no reaccionante 35 -40 % se recupera y se recicla, el butadieno es vaporizado y sacado por medio de una bomba de vacío, almacenado en un tanque dodnde le se agrega el inhibidor. Una ves sacado el butadieno no reaccionado , el latex es bombeado a una columna en la cual se inyecta vapor para sacar el monómero de estireno. Este es enfriado y enviado a un tanque de decantación, donde se separa del agua arrastrada. Se homogeneiza el látex , agregandole el antioxidante N-fenil alfa-naftilamina, despues le se agrega sal y ácido sulfúrico diluido, para coagular el látex y tambien el ácido permite al copolímero precipitar en forma de migajas, las que se enjuagan con agua para remover impurezas inorgánicas.
Proppiedades del caucho de estireno-butadieno (SBR)
El SBR se produce por polimerización en emulsión y solución de mezclas de 1,3-butadieno y estireno. Las propiedades mecánicas de los vulcanizados E-SBR dependen del tipo y nivel de relleno en el compuesto. Los vulcanizados de goma sin relleno tienen una resistencia a la tracción muy pobre y el alargamiento final, porque el caucho carece de autorreforzamiento del tipo de vulcanizados de caucho NR encontrados, es decir, cristalización inducida por deformación. Esta insuficiencia se compensa con la adición de cargas de refuerzo, es decir, negro de humo o sílice acoplada químicamente. Con cargas óptimas con negro de carbón de refuerzo, se pueden lograr propiedades mecánicas similares a las de NR. Sin embargo, los compuestos NR exceden los compuestos SBR en resistencia al desgarro debido a la cristalización inducida por deformación de NR. Los vulcanizados de SBR en emulsión tienen mejor envejecimiento, fatiga y resistencia al calor que los de NR. Sin embargo, se requieren antidegradantes para esto. Los vulcanizados de E-SBR, a diferencia de los de NR, son resistentes a la reversión. Mediante el uso de rellenos de refuerzo, se puede lograr una mejor resistencia a la abrasión con E-SBR que con NR. En parte, por estas razones, los SBR de emulsión han reemplazado mucho de NR. Sin embargo, los vulcanizados de E-SBR son más histéricos que los de NR y, por lo tanto, la acumulación de calor durante la flexión de trabajo pesado es un problema mayor con ESBR que con NR. Los vulcanizados E-SBR son resistentes a muchos solventes polares, ácidos y bases diluidos, etc. Sin embargo, los vulcanizados de SBR se hinchan considerablemente en contacto con aceites, grasas, gasolina, queroseno y otros. Los vulcanizados SBR de solución de distribución aleatoria son menos histéricos que los vulcanizados comparables de E-SBR. Además, los polímeros en solución contienen menos material no de goma. Esto se debe a la ausencia de emulsionante (por ejemplo, jabón) durante la polimerización. Durante la coagulación de la emulsión polimerizada para obtener el caucho, se forman ácidos grasos. La presencia de dicho ácido graso, en parte, reduce la velocidad de vulcanización con respecto a la de los compuestos de solución SBR. La ausencia de tales componentes no de goma también reduce la conductividad eléctrica de los compuestos S-SBR en comparación con los de E-SBR. Los vulcanizados de los SBR en solución, que tienen distribuciones de monómeros en bloque, tienen temperaturas de fragilidad muy bajas debido a la presencia de segmentos de cadena de polibutadieno relativamente largos. Tienen buenas propiedades elásticas, baja adsorción de agua, baja conductividad eléctrica y excelente resistencia a la abrasión. Los grados de SBR con aceite extendido (OE-SBR) contienen polímeros de muy alto peso molecular esto permite la presencia de altas concentraciones de aceite con el mantenimiento de viscosidades similares a las de los SBR sin aceite para un procesamiento fácil.
Estireno butadieno aplicaciones
Caucho de estireno-butadieno se utiliza para hacer neumáticos de coche. Tiene otros usos, pero más del 70% de este caucho sintético entra los neumáticos en los coches del mundo. Su resistencia a la abrasión y la mayoría de los aceites hace una buena opción para viajar caminos pavimentados. Aunque no es caucho natural como en otras áreas, es más fácil de procesar y puede ser mezclado con otras gomas para crear una mejor mezcla para el trabajo se está haciendo para llevar a cabo.