Poliisopreno

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Caucho de Poliisopreno (IR)

Polyisoprene

El poliisopreno sintético moderno está diseñado para ser similar al caucho natural en estructura y propiedades. El poliisopreno o caucho natural (la palabra “caucho” procede del quechua “cahutchu” que significa lágrima de madera). Los poliisoprenos (IR) son la version sintetica de la goma natural, polimerizados con un catalizador de Ziegler tienen contenidos "cis" de aproximadamente el 98%. Los últimos pocos porcentajes de polímero no "cis", que hace que el IR sea diferente del caucho natural (NR), son muy importantes para las propiedades físicas de los vulcanizados. Entre los diversos tipos, el poliisopreno 1,4-cis es el más importante por las propiedades elásticas y mecánicas que imparte al vulcanizado, propiedades que se derivan del alto grado. de pureza isomérica del material que, en el caso del caucho natural, está constituido por valores superiores al 99% por la unidad 1,4-cis. El prefijo ¨cis¨ indica que el grupo metilo y un átomo de hidrogeno están en el mismo lado del doble enlace C=C, el ¨1, 4¨ indica que las unidades químicas que se repiten en la cadena del polímero se unen covalentemente al primer y cuarto átomo de carbono. La muy alta pureza isomérica del polímero natural determina su notable tendencia a cristalizar ya a temperatura ambiente. El grado máximo de cristalinidad que puede tener el material está limitado a 25-30%, un valor más que suficiente para aumentar su dureza y viscosidad Mooney a lo largo del tiempo.

Nombres - Símbolo

IR
PI
1,3-butadiene,
Isopentadiene
Beta-methylbivinyl
2-methylbutadiene
2-methyl-1,3-butadiene
2-methyldivinyl
2-methylethene
Nsc 9237
Cis -1,4- poliisopreno
2 metilbutadieno
Poliisopreno
Caucho de Poliisoropreno
Cas nr- 78-79-5
C₅H8

Caracteristicas del caucho Poliisopreno

Dureza 20 ÷ 95 ShA
Buena resistencia química
Es autoextinguible y no propaga la llama
Coste superior al de la goma natural (NR)
Buenas propiedades mecánicas y de abrasión
Temperatura de transición del vidrio -50°C
Elevada resistencia al envejecimiento y al ozono
Mejor resistencia al desgaste que la goma natural (NR)
Temperatura de trabajo -20 +100°C (con puntas de 120°C)
Resistencia aceptable en vulcanizados con durezas a partir de 60º Shore
Convenientemente protegido presenta una buena resistencia a la temperatura y el ozono

Poliisopreno sintético

El poliisopreno sintético representa una de las clases importantes de polímeros producidos en un medio de solución. El exitoso desarrollo de un sistema catalítico estereoespecífico ha permitido la producción de un análogo sintético de caucho natural con una uniformidad y un procesamiento mejorados. Introducción El poliisopreno sintético moderno está diseñado para ser similar al caucho natural en estructura y propiedades. Aunque todavía demuestra menor resistencia en verde, tasas de curado más lentas, menor desgarro en caliente y propiedades de menor envejecimiento que su contraparte natural, el poliisopreno sintético supera los tipos naturales en consistencia del producto, velocidad de curado, procesamiento y pureza. Además, es superior en los procesos de mezclado, extrusión, moldeado y calandrado. El poliisopreno sintético se utiliza actualmente en una amplia variedad de aplicaciones que requieren poca hinchazón por agua, alta resistencia a la tracción de la goma, buena elasticidad, alta resistencia a la tracción en caliente y buena adherencia. Los compuestos de goma basados en poliisopreno sintético se utilizan en bandas de goma, hilos cortados, tetinas de biberones y mangueras extruidas. Los compuestos con carga negra se utilizan en neumáticos, soportes de motores, juntas de tuberías, bujes de amortiguadores y muchos otros productos mecánicos y moldeados. Los sistemas llenos de minerales encuentran aplicaciones en calzado, esponjas y artículos deportivos. Además, las preocupaciones recientes sobre las reacciones alérgicas a las proteínas en el caucho natural han provocado un mayor uso del poliisopreno sintético más puro en algunas aplicaciones.

Antecedentes históricos

La síntesis exitosa de poliisopreno estereorregular (IR) cumplió un objetivo buscado por los químicos de polímeros durante casi un siglo. Los investigadores sabían que el isopreno era el componente básico del caucho natural y, a lo largo de los años, se hicieron muchos intentos para sintetizar materiales con propiedades similares. Inicialmente, los polímeros resultantes no mostraron algunos de los aspectos deseados del caucho natural debido a diferencias en la microestructura, que juega un papel importante en las propiedades físicas del poliisopreno. Las cadenas de polímeros de los primeros sintéticos contenían mezclas de todas las configuraciones moleculares posibles unidas de forma aleatoria. Específicamente, carecían de la estructura cis-1,4 muy alta de la columna vertebral de caucho natural que le da la capacidad de experimentar cristalización por deformación.

Caucho propiedades Físico-Mecánicas Poliisopreno

El polímero bruto típico y las propiedades vulcanizadas del poliisopreno son similares a los valores obtenidos para el caucho natural. El caucho natural y el poliisopreno sintético exhiben buena adherencia inherente, alta resistencia a la goma compuesta, buena histéresis y buenas propiedades de tracción en caliente. La naturaleza muy específica del poliisopreno sintético proporciona una serie de factores que lo diferencian del caucho natural. Hay una variación mínima en las propiedades físicas de lote a lote. Las características del polyiisopreno vulcanizado son similares a los del caucho natural. Ambos tienen una histéresis extensible (tendencia de un material a conservar una de sus propiedades en ausencia del estímulo que la ha generado) y buenas características térmicas. La naturaleza muy específica del poliisopreno sintético proporciona un número de factores que la distingan del caucho natural. Hay una variación mínima en las características físicas. Excelentes propiedades mecánicas, excelente resistencia a la abrasión, desgarro y fatiga. excelente resistencia a la radiación UV, ozono, oxígeno, agentes atmosféricos y envejecimiento en caliente, pero se endurece por reducciones prolongadas en la presencia de oxígeno. Resistencia discreta a bajas temperaturas, alta impermeabilidad a muchos gases. El caucho de cloropreno vulcanizado con composición ordinaria muestra una tendencia a absorber agua; cuando se trata de un problema, es menor que NBR y SBR. Las propiedades del vulcanizado son similares a los valores obtenidos para el caucho natural. Tanto el caucho natural como el poliisopreno sintético presentan una buena pegajosidad inherente, una alta resistencia a la tracción de la goma compuesta, una buena histéresis y buenas propiedades de tracción en caliente. La naturaleza muy específica del poliisopreno sintético proporciona una serie de diferencias con respecto al caucho natural. Existe una variación mínima en las propiedades físicas de un lote a otro. Las condiciones de polimerización se controlan estrictamente para garantizar que el polímero sea químicamente muy específico. Hay un bajo nivel de componentes no poliméricos en comparación con el caucho natural. La facilidad de procesamiento del poliisopreno sintético es importante cuando la consistencia y la calidad son consideraciones importantes. Dado que se requiere menos trabajo mecánico y descomposición, son posibles ciclos de mezcla más cortos y la eliminación del premezclado cuando se usa como reemplazo directo del caucho natural. Los resultados finales son ahorros de tiempo y energía, así como un mayor rendimiento. Además, el poliisopreno sintético presenta una mayor compatibilidad que el caucho natural en mezclas con solución SBR y EPDM. La uniformidad del poliisopreno sintético es un factor en el que la necesidad de una calidad constante es primordial, como es cada vez más el caso en muchas industrias que enfatizan el control dimensional preciso en el procesamiento.

Caucho propiedades Termicas Poliisopreno

Resistencia al calor: hasta + 100°C, por un tiempo corto también hasta +120°C. Si tiene mucho tiempo en presencia de oxígeno, este tipo de goma se endurece, Resistencia a bajas temperaturas: hasta -40°C.

Caucho propiedades Eléctricas Poliisopreno

Propiedades dieléctricas discretas o pobres, como NBR, el caucho de cloropreno es un semiconductor. Los elementos de CR no son recomendados para aislamiento eléctrico.

Caucho propiedades Químicas Poliisopreno

Resistente a productos químicos inorgánicos excepto ácidos oxidantes y halógenos. No resiste a la mayoría de compuestos orgánicos, excepto alcoholes. Moderada resistencia a los hidrocarburos asfálticos. Se puede utilizar incluso en aplicaciones exteriores ya que resiste bien los cambios de temperatura, la acción del ozono y la climatología adversa. Permeabilidad al gas: mucho más baja que la del caucho NR, IR, BR, SBR, EPM y EPDM; bastante comparable a la de los tipos NBR. El cloropreno se degrada menos que el caucho natural u otros cauchos sintéticos. Esta característica lo hace adecuado para aplicaciones como juntas, tuberías y recubrimientos anticorrosivos.

Procesamiento

Los cauchos de poliisopreno sintético se someten a una escisión de la cadena al calentarse o durante la masticación en frío o en caliente., al igual que el caucho natural. Esto es inherente a la molécula de poliisopreno. Los polímeros de poliisopreno son igualmente resistentes a la reticulación o gelificación por calentamiento. Las características de descomposición de los dos son similares. Debido a la menor viscosidad del polímero en bruto del poliisopreno sintético, deben eliminarse algunos o todos los pasos de degradación que se utilizan normalmente para el caucho natural. Si el polímero sintético se sustituye directamente por caucho natural, sin alterar el ciclo de mezcla, los compuestos pueden mezclarse en exceso con la consiguiente pérdida de propiedades físicas.Los siguientes son procedimientos recomendados para Banbury® y procesamiento en fábrica:

1. Banbury® (dos pases)

Agregue la mitad del polímero, ácido esteárico, óxido de zinc, antioxidante, aproximadamente la mitad de los pigmentos y el polímero restante.
Después de que el lote comience a trabajar, agregue el resto de los pigmentos y el plastificante.
Mezclar a tiempo o temperatura
Vertedero
Agregue acelerador y azufre en la segunda pasada (Banbury® o Mill)

2. Molino (una pasada)

Polímero de banda en molino
Agrega antioxidante
Agregue ácido esteárico y óxido de zinc
Agrega pigmentos y plastificantes
Agrega azufre
Agrega acelerador

Es importante agregar el antioxidante al poliisopreno tan pronto como se coloque en bandas en el molino. Esto inhibirá la escisión oxidativa de la cadena del polímero y solo permitirá la escisión de la cadena causada por la acción de cizallamiento del rodillo del molino. Por tanto, sólo se produce la descomposición deseada del polímero de alto peso molecular. Los compuestos sintéticos de poliisopreno con la misma plasticidad que el caucho natural tendrán menos hinchazón de la matriz debido a que tienen menos nerviosismo. Además, con la misma plasticidad, el polímero sintético tendrá velocidades de extrusión significativamente más rápidas. En las operaciones de calandrado, el calentamiento de las existencias de poliisopreno sintético debe mantenerse al mínimo. Las temperaturas de los rodillos de calandrado deben ser aproximadamente 12°C (20°F) más frías para el caucho sintético que para el natural.

Mezcla y curado

A diferencia del caucho natural, el poliisopreno sintético tiene un contenido muy alto de hidrocarburos de caucho y no contiene ácidos grasos. Requerirá un mínimo de 1.5 phr de ácido graso para la activación del curado y el desarrollo de propiedades óptimas de vulcanizado. Los polímeros sintéticos también pueden contener complejos desactivadores de catalizadores, que actúan como aceleradores básicos. Por lo tanto, cada poliisopreno sintético debe estudiarse para determinar los requisitos de aceleración y el mejor estado de curado. En goma y en compuestos negros, se recomiendan de 1,5 a 2,0 phr de azufre. Con altos niveles de carga no negra, generalmente se usan 3 phr. Los compuestos sintéticos de poliisopreno se pueden adaptar para curar en cualquier operación de moldeo convencional, ya sea por compresión, transferencia o inyección. El moldeo por transferencia y compresión generalmente se realiza en el rango de temperatura de 135 a 175°C. Normalmente, no son necesarias consideraciones especiales de composición más allá de lo que se requiere para cumplir con la especificación aplicable. Los ciclos de moldeo por inyección generalmente se ejecutan a temperaturas más altas, de 190 a 220°C y tiempos más cortos, por lo que se deben observar ciertas prácticas de composición. En el poliisopreno sintético como en el caucho natural, el azufre es la principal causa de reversión en los compuestos sobrecurados. Para evitar la reversión, generalmente se utilizan niveles bajos de azufre con sulfenamidas como aceleradores preferidos. Los niveles bajos de TMTD como aceleradores secundarios. Además del bajo contenido de azufre, los niveles más altos de óxido de zinc (10 a 15 partes) pueden proporcionar una mejor protección contra el calor. El lubricante para procesamiento de polímeros y el sulfonato neutralizado de alto peso molecular en un aceite parafínico, son útiles para mejorar las velocidades de extrusión. El poliisopreno sintético es muy adecuado para compuestos moldeados por inyección. Debido a su velocidad de curado uniforme, se pueden establecer ciclos de prensado de tiempo / temperatura exactos con la seguridad de que todas las piezas se curarán de manera uniforme. Además, la viscosidad Mooney del poliisopreno sintético reduce las presiones de inyección y proporciona tiempos de inyección más cortos, con un aumento resultante en la producción.

Mezclas

El peso molecular es más bajo que el caucho natural, y la uniformidad de lote a lote es mejor. Por lo tanto poliisopreno es más fácil de procesar, da una atención menos variable (aunque generalmente más lenta), es más compatible en mezclas con EPDM y SBR en solución, y proporciona una resistencia menos verde (pre-tratamiento) que el caucho natural. El poliisopreno se agrega a los compuestos de SBR para mejorar la resistencia al desgarro, la resistencia a la tracción y la resistencia al tiempo que disminuye la acumulación de calor. Las mezclas de poliisopreno y EPDM de curado rápido combinan una alta resistencia al ozono con la buena adherencia y la adhesión curada poco características de EPDM solo.

Caucho procesabilidad Poliisoropreno

El peso molecular es más bajo que el caucho natural, y la uniformidad de lote a lote es mejor. Por lo tanto poliisopreno es más fácil de procesar. El poliisopreno se usa típicamente en caucho natural en aplicaciones que requieren tasas de curado constantes, control estricto del proceso o extrusión, moldeo y calandrado mejorados.

Como se obtiene el caucho sintetico Poliisopreno

Las materias primas para obtener isopreno son las fracciones C5 de la disociación de nafta, a partir de las cuales se puede aislar por extracción o actualmente también por destilación. El poliisopreno se hace por polimerización en solución de isopreno (2-metil-1, 3-butadieno). El monómero de isopreno, la unidad estructural del polímero de caucho natural, se puede polimerizar en cuatro formas isoméricas: trans 1,4 Además, cis 1,4 Además, la adición 1,2, dejando un grupo vinilo colgante, y 3,4 adición. Para la polimerización de isopreno se obtuvieron mezclas de formas isoméricas. En la década de 1950, se produjeron finalmente elastómeros similares al caucho con> 90% de configuración de isopreno cis 1.4 utilizando catalizadores estereoespecíficos. La uniformidad del poliisopreno sintético garantiza una calidad constante. En el proceso de fabricación del poliisopreno sintético, se requieren menos trabajo mecánico e interrupción. Antes de ingresar a los reactores, el solvente, el catalizador y el isopreno el monómero debe estar libre de impurezas químicas, humedad y aire, todos los cuales son venenos catalíticos. Las corrientes purificadas entran primero en una cadena de reactores en serie en la que se inyecta el catalizador, y comienza la polimerización. Después de que se haya alcanzado el grado deseado de polimerización, se agrega una parada corta o un desactivador de catalizador al cemento para que no se produzca un enlace adicional de monómero o polímero. Luego se agrega un antioxidante que no mancha para proteger el polímero durante el acabado y el almacenamiento. En el siguiente paso, la mezcla de cemento se somete a una operación de extracción mediante la cual se recupera el disolvente y el cemento polimérico se convierte en una migaja con agua caliente y vapor. La suspensión de la miga se procesa a través de extrusoras para eliminar el agua antes de enfriarla, embalarla, embalarla y almacenarla lista para su envío.

El proceso acetona-acetileno

En primera fase se hacen reaccionar la acetona y el acetileno a 10-40 ºC y 20 bar en amoniaco líquido como disolvente y en presencia de KOH como catalizador para dar metilbutenol, que tras hidrogenación selectiva a metilbutenol y deshidratación de éste a 250-300ºC a presión normal y sobre AI2O3 se transforma en isopreno. La selectividad total en isopreno alcanza un 85% (CH3COCH3, C2H2).

Vulcanización Poliisoropreno

El poliisopreno es termoplástico y al ser vulcanizado se vuelve termoestable. Uno de los métodos más comunes de reticulación es el llamado proceso de "vulcanización de llantas", que se utiliza para la reticulación de polímeros ("insaturados"), que contienen dobles enlaces en la cadena molecular, como Por ejemplo, en polisopreno (caucho natural). La vulcanización consiste en calentar el polímero en presencia de azufre (S): la ruptura de los dobles enlaces y la formación de puentes de azufre entre dos cadenas distintas. Los productos sintetizados con catalizadores estereoespecíficos son más altos que los Natural, pero más bajo para la pureza isomérica y para la rentabilidad de la producción. Varias sustancias como ; negro de humo y óxidos de zinc y plomo, y muchos productos orgánicos, actúan de acelerantes de la vulcanización, dando a demás un caucho más tenaz y duradero.

Aplicaciones del caucho Poliisoropreno

El Poliisopreno , con un nivel muy bajo de ramificación y una distribución de peso molecular relativamente más estrecha que contribuye a una menor acumulación de calor en comparación con el caucho natural. Por esta razón, ciertos grados de poliisopreno se pueden usar sin sacrificar la resistencia a la abrasión, el agrietamiento del surco, el desgarre de las costillas, las propiedades de flexión en frío o la resistencia a la intemperie. Calzado y bienes mecánicos son también usos importantes. Debido a la alta pureza del poliisopreno y la alta resistencia a la tracción de la goma (sin relleno) de sus compuestos, es ampliamente utilizado en productos médicos y artículos en contacto con alimentos. Estos incluyen niples para biberones, tubos de leche y láminas de hospital.