1. RECURSOS NATURALES EN LA OBTENCION DEL CAUCHO NATURAL.

Látex Natural: El látex es una emulsión que está compuesta por partículas de hule(caucho) suspendidas en agua. Estas partículas están compuestas de miles de moléculas de isopreno unidas químicamente, formando grandes cadenas o polímeros de isopreno.

Para obtener el caucho es necesario remover el agua que mantiene suspendidas a las partículas. El hule natural puro no tiene muchas aplicaciones ya que es muy sensible a los cambios de temperatura. Por ejemplo, si hace calor el hule se vuelve pegajoso en cambio si hace frío se vuelve rígido y quebradizo.

Para recoger el látex de las plantaciones (Hevea brasiliensis), se practica un corte diagonal en ángulo hacia abajo en la corteza del árbol. El corte tiene una extensión de un tercio o de la mitad de la circunferencia del tronco. El látex exuda desde el corte y se recoge en un recipiente. La cantidad de látex que se extrae de cada corte suele ser de unos 30 ml.

Se plantan unos 250 árboles por hectárea, y la cosecha anual de caucho bruto en seco suele ser de unos 450 kg por hectárea. En árboles de alto rendimiento la producción anual puede llegar a 2.225 kg por hectárea, y se ha conseguido desarrollar ejemplares experimentales que alcanzan los 3.335 kg por hectárea. El látex extraído se tamiza, se diluye en agua y se trata con ácido para que las partículas en suspensión del caucho en el látex se aglutinen. Se prensa con unos rodillos para darle forma de capas de caucho de un espesor de 0,6 cm, y se seca al aire o con humo para su distribución.

Al reunirse muchas moléculas de este monómero se origina el polímero de alto peso molecular, que es el caucho natural.

Agua: Se utiliza para diluir el látex, que con la ayuda de un acido se aglutine el caucho.

EL POLIMERO DEL ISOPRENO ES EL CAUCHO NATURAL, NO EL INDUSTRIAL, EL INDUSTRIAL EL EL CAUCHO SBR, QUE TIENE INTERES EN ESTE INFORME.

Diferencia entre caucho natural y caucho sintético

- Caucho Natural: se obtiene a partir de un fluido lácteo llamado látex, éste es hallado en muchas especies vegetales típicas de regiones tropicales.

- Caucho Sintético: es un copolímero que se obtiene a partir de hidrocarburos insaturados.

MATERIAS PRIMAS PARA LA OBTENCION DEL CAUCHO SINTETICO:

Materias primas principales:

a. Butadieno - Obtención del Butadieno:

Se obtiene principalmente a partir de los gases del petróleo según diferentes procesos:

• El primero se basa en el cracking térmico del petróleo, aumentando la temperatura y disminuyendo la presión de manera de mejorar el rendimiento de Butadieno como producto.

• El más utilizado en la actualidad, se fundamenta en la deshidrogenación catalítica del Butano o del Butileno. En el caso de emplear butano se deshidrogena primero a butileno y después a Butadieno.

En ambos casos el producto obtenido a de purificarse a través del agregado de un agente de eliminación que forma una mezcla de ebullición constante con el Butadieno disminuyendo la volatilidad de este ultimo respecto de sus impurezas. Este método permite obtener un producto con un 99% de pureza. No obstante la extracción por disolvente parece ser el método con mejor rendimiento. El disolvente utilizado en esta técnica es el furfural.

• Es posible también, obtener Butadieno a partir de alcohol etílico por medio de la conversión catalítica.

• El proceso europeo utiliza acetaldehído como materia prima, el cual forma Aldol y por hidrogenación se obtiene el 1,3-butileno glicol que por deshidratación de butadieno.

• El proceso americano fabrica butadieno partiendo de alcohol etílico. El alcohol se oxida cataliticamente a acetaldehído, y éste reacciona en caliente con más alcohol en presencia de un catalizador para formar el butadieno.

b. Estireno - Obtención del Estireno:

También llamado vinilbenceno, se prepara a partir del benceno y acetileno mediante la reacción de Friedel-Crafts.El etilbenceno obtenido se deshidrogena por su mezcla con vapor a 800 ºC , en presencia de un catalizador de bauxita

Materias primas secundarias:

- Butadieno - Estireno - Agua - Jabón de ácidos grasos - Emulsificante( aparte del jabon) - Dodecil mercaptán - Hidróxido de P-mentano - Sulfato ferroso - Sulfoxilato de Sodio

2. DEFINICION OPERACIONAL DEL PROCESO DE OBTENCION DEL CAUCHO SINTETICO O CAUCHO SBR:

El caucho estireno-butadieno más conocido como caucho SBR es un copolímero (polímero formado por la polimerización de una mezcla de dos o más monómeros) del estireno y el 1,3-Butadieno. Este es el caucho sintético mas utilizado a nivel mundial. Su principal aplicación es en la fabricación de neumáticos. Una de las ventajas de la producción de este caucho es la relación existente entre el coste y la utilidad. El caucho sintético fue usado para disminuir el consumo de las fuentes naturales de caucho, sobre todo en el área de la fabricación de neumáticos.

3. PROPIEDADES FISICAS, QUIMICAS, TERMODINAMICAS Y AMBIENTALES:

La resistencia a la tracción, es decir la carga de rotura, es excelente, pudiendo formularse en una amplia gama de durezas, desde 40 a 85º Shore A.

Se trata de un compuesto muy fácil de procesar, adaptándose a todo tipo de fabricaciones, como la extrusión, el moldeo, la transferencia o la inyección.

Posee una sólida estructura molecular y soporta con facilidad fuertes agresiones de tipo mecánico, aunque en reacciones de naturaleza química sea muy débil.

Es mal resistente al calor y no se recomienda utilizarlo fuera del campo de temperaturas comprendido entre -15 y +75º C.

Por encima de +80º C se provoca un envejecimiento acelerado (oxidación de la cadena de enlaces) que acaba por acortar de forma notoria la durabilidad del elastómero.

No soporta la acción del aceite y es muy mal resistente a las grasas e hidrocarburos. Sin embargo, y tal vez sea ésta su gran virtud, es un elemento inmejorable en resistencia a la

fatiga tras la deformación, así como la capacidad en absorción de energía que tiene ante movimientos de histéresis y recuperación.

Propiedades Emulsión en Frío Solución:

- Resistencia a la tensión (Kg/cm2) 211 227- Elongación a la rotura (%) 380 470- Módulo (300%) (Kg/cm2) 155 137- Resistencia al desgarro (lb/in a 20ºC) 320 310

4. METODOS DE OBTENCION DEL CAUCHO SINTETICO:

Existen dos métodos para obtener caucho:

4.1. La polimerización en emulsión en frío( en este informe se considera este método) .- consiste cuando la polimerización transcurre a través de radicales libres en emulsión en agua y a temperaturas bajas. El método de obtención en caliente se desecho puesto que usaba persulfatos y este es dañino para el sistema respiratorio. El proceso de emulsión en frío es el proceso mas usado y representa el 90% de la capacidad de producción mundial. Todos los procesos son continuos y generalmente están altamente automatizados. Tienen la capacidad de producir muchos tipos de SBR. El proceso tiene cuatro secciones que son :

- Preparación de reactivos - Polimerización. - Recuperación de monómeros. - Coagulación y secado de goma.

4.2. Polimerización en solución aniónica.- El segundo método consiste en la polimerización en solución aniónica. Este método es el 10% de la capacidad mundial. Una de las ventajas es la gran flexibilidad, ya que se permite el uso de iniciadores con base de litio. Por lo contrario, las gradaciones de SBR son más difíciles de procesar, dificultando su uso en neumáticos.

Las partes mas importantes son:

- El iniciador que es butilo de litio - El solvente es el hexano. La proporción de pesos solvente/monómero produce un

polímero más viscoso. Una concentración de monómero más elevada en el solvente ayudaría a incrementar la velocidad de polimerización y a reducir el número de reactores, pero exigiría mayor área de intercambio de calor y limitaría el peso molecular del monómero, dada la alta viscosidad del medio reactivo.

- Los reactores son de acero vitrificado, encamisado y equipado con un agitador de turbina.

- La reacción de polimerización tiene lugar a 1,5 bares y 50ºC. El tiempo de la reacción es de 4h para una conversión de un 98%.

- El sistema de purificación por remoción por golpe y vapor debería servir para obtener el máximo de recuperación de hexano, y también para concentrar la SBR de la pasta.

- Las operaciones de acabado son las mismas que aquellas descriptas para el caso del proceso de emulsión.

5. DESCRIPCION DEL PROCESO: La polimerización en emulsión en frío.

Los pasos más importantes son:

Preparación de reactivos

Primero tratamos los monomeros (estireno/butadieno) con sosa cáustica en tanques agitados. la relación butadieno/estireno de 3 a 1. Se usan tanques de peso y de preparación para preparar las diferentes emulsiones y soluciones requeridas para las secciones de reacción o bien de acabado del producto.

Solución de jabón

El jabón se usa como emulsificador, y dependiendo de su composición tendremos un producto final. El jabón que normalmente se usa es una solucion de grasos o sales ácidas carboxílicas (ácido versático o ácido benzoico).

Iniciador

Todos los procesos usan sistemas redox. Teniendo un agente reductor (sulfoxilato de sodio), un agente oxidante (hidroperóxido de paramentano) y un agente quelante(sulfato ferroso).

Terminación abrupta

La conversión de los monomeros normalmente es menor del 65%, ya que si supera esta conversión una parte del polímero se transforma en gel. Para alcanzar esta conversión necesitamos usar inhibidores (que paran la reacción) tales como dimetilditiocarbamato de sodio.

Estabilizadores

Estos son emulsiones que 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. Se usan varios estabilizadores, incluyendo N-fenil alfa-naftilamina.

Coagulantes

El principal coagulante es una solución de cloruro de sodio que contiene a su vez ácido sulfúrico. La función de estos coagulantes es conseguir que el elastómero sea mas solido ya que el latex obtenido mediante la polimerización es una masa viscosa.

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

Es la parte mas importante y su duración viene a ser de 10 horas, la reacción de polimerización se realiza en unos reactores agitados, a una temperatura de 5ºC y una presión de 1 a 4 bares para mantener el butadieno en estado líquido. La capacidad de cada tanque es de 15 a 20 m3 y las condiciones atmosféricas han de ser inertes para que no se produzcan entrecruzamiento. La capacidad de producción es de 40.000 t/año de polímero seco. Nuestra emulsión pasa a través de cada reactor en flujo ascendente durante 1 h antes de pasar al reactor siguiente. Se introduce una solución de dodecil mercaptán en el reactor final para detener la polimerización. Se usa un aditivo como hidrazina para evitar la formación de espuma (‘palomitas de maíz') cuando el látex es calentado.El látex se bombea a un tanque de amortiguamiento mantenido a una presión de 4 bares a 50ºC por inyección abierta de vapor.

Recuperación de monómeros

Los monómeros no reaccionante (el 40%) debe ser recuperado y a continuación, reciclado.El butadieno es vaporizado en dos tanques de acción rápida en serie. Los últimos restos de butadieno son removidos por medio de una bomba de vacío. Este es enfriado, recomprimido, y luego enviado a un decantador, donde se separa del agua. A continuación es bombeado a un tanque de almacenamiento en presencia de un inhibidor.El látex libre de butadieno es bombeado a una columna de bandejas en la base de la cual se inyecta vapor (5 bares) para desalojar el monómero de estireno. Este es enfriado y enviado a un tanque de decantación, donde se separa del agua arrastrada. Luego es bombeado al tanque de almacenamiento.

Coagulación y secado

El látex que abandona el fondo de la columna es enfriado y luego almacenado en tanques de homogeneización (volumen unitario 800 m3 ). El número de estos tanques depende del rango de gradaciones de SBR que la unidad debe producir (generalmente entre tres y seis). El antioxidante N-fenil alfa-naftilamina (aproximadamente 1% en peso) se agrega al látex, el que entonces se coagula por el agregado sucesivo de sal y ácido sulfúrico diluido. Rompiendo la emulsión, el ácido permite al copolímero precipitar en forma de migajas, las que se enjuagan

con agua para remover impurezas inorgánicas.A continuación el polímero, que contiene aproximadamente 50% de agua, es secado (horno de túnel) y prensado en forma de fardos de 40 kg .

6. DIAGRAMA DE FLUJO:

7. DIAGRAMA DE BLOQUES:

8. REACCIONES QUIMICAS DEL PROCESO:

Obtención del butanodieno:

Obtención del estireno:

Obtención del polímero estireno-butadieno o Caucho SBR:

BALANCE DE MATERIA:

BALANCE ECONÓMICO:

9. APLICACIONES DEL CAUCHO:

Fabricación de tubos Los tubos y mangos de caucho pueden clasificarse en tres grupos:

1- Tubos fabricados exclusivamente de caucho: Estos son muy utilizados para alimentar aparatos portátiles con gas, agua, aire comprimido, mecheros de Bunsen, etc; pudiendo estar constituidos por dos capas superpuestas, una interior de mayor calidad, generalmente roja, y otra exterior negra, de refuerzo.

2- 2- Tubos de tela interpuesta de una o varias capas de caucho y telas de lana intercaladas con el fin de que puedan resistir grandes presiones.

3- 3- Tubos de caucho trenzados de los cuales la camisa interior es de caucho de excelente calidad, se reviste exteriormente de uno o dos trenzados de hilo de algodón, lino, seda, etc., según su aplicación.-

Fabricación de correas: Las correas de caucho no se componen únicamente de este material sino de numerosas tela de algodón de alta calidad cauchotadas y superpuestas hasta obtener el espesor exigido por el esfuerzo mecánico que la correa ha de transmitir-

Fabricación de neumáticos:

El caucho bruto se amasa en molinos de masticación y mezcla, que consiste en dos rodillos girando a diferentes velocidades. El caucho se ablanda, probablemente a causa de la rotura de sus largas moléculas en otras más cortas. Después de ser amasado se agregan: 1- Negro de carbón 2- Óxido de zinc 3- Azufre 4- Caucho regenerado y ablandadores cada uno de estos ingredientes cumple un finalidad determinada. El negro de carbón, sirve para aumentar la resistencia a al abrasión. El óxido de zinc es un acelerador de vulcanización, y el caucho regenerado se utiliza para disminuir el costo del neumático acabado. Los productos químicos que actúan como aceleradores se incorporan para acortar el tiempo de vulcanización y para proteger el caucho acabado del envejecimiento por la acción de la luz y del aire.- Los ablandadores o plastificantes son aceites minerales o plastificantes, son aceites minerales o vegetales, ceras y alquitranes. De las máquinas de masticación el caucho pasa a través de calandrias, que consisten en tres rodillos huecos colocados uno encima del otro. Quedando obligado el caucho a laminarse en hojas finas, y entre los rodillos se introducen también tejidos de algodón, con el objeto de que el producto sea una lámina fina adherida al tejido.- El tejido cauchado se corta en tiras. De esta manera las cuerdas estarán formando un ángulo y tendrán mayor resistencia. Se da forma a las tiras sobre un núcleo de hierro para obtener el armazón del neumático. Alrededor del armazón se da forma a la superficie de rodadura, que es una tira de caucho masticado y compuesto finalmente se aplica al borde. El borde es una tira de caucho muy duro que lleva hilos de alambre y forma el borde del neumático que ha de estar en contacto con la pestaña de la rueda. El neumático montado se coloca en un molde en el que se ha tallado el patrón de la rodadura. El calor se ha suministrado por vapor y la presión hacen que el azufre vulcanice el caucho.- EI neumático se inspecciona y se envuelve.

10. IMPACTO AMBIENTAL Y ALGUNAS SOLUCIONES SOBRE EL CAUCHO:

 ¿Sabías que un neumático tarda más de 100 años en descomponerse?

Su  proceso de descomposición es muy lento y por su elevada elasticidad impide su compactación.

 El caucho es un agente muy contaminante porque:

Es un productos altamente inflamable que puede provocar incendios,

La quema de neumáticos producen gases perjudiciales para la salud generando dioxinas, mercurio, hidrocarburos poliaromáticos  y metales pesados.

La acumulación de este material en vertederos provocan focos de infección y enfermedades.

Por ello se buscaron varias formas de reutilizar el neumático con el fin de respetar al medio ambiente. En la actualidad el proceso de reciclado de los neumáticos lo financia, en parte, el usuario al comprar uno en un taller.

Existen industrias especializadas en el reciclaje de caucho, como por ejemplo aquellas que fabrican pavimentos anti-caídas de caucho reciclado. Estas empresas de reciclaje separan los elementos que componen el neumático: el caucho vulcanizado, el acero y las fibras.

Otras industrias aprovechan el caucho reciclado para asfaltar carreteras. El procedimiento consiste en reducir a polvo el caucho hasta llegar al milímetro de espesor. A este polvo se le añade betún, en el momento previo al asfaltado y con el resultado se aplican dos capas a la rodadura de las carreteras. Según estas empresas se obtiene, como resultado, calzadas con mayor adherencia, más silenciosas y  con mayor capacidad para evacuar y filtrar el agua.

Los céspedes artificiales, los pavimentos deportivos, las pistas de atletismo y el aislamiento acústico, son algunos usos que se han dado al caucho reciclado.

Tipos de reciclaje

Recauchutado: se sustituye la banda de rodadura de las carreteras gastadas por otra nueva.

Pirolisis: el caucho se convierte en hidrocarburos ligeros mediante un proceso térmico consiguiéndose diferentes tipos de alquitranes, gases y aceites.

Obtención de energía térmica: estos materiales son empleados como combustible en centrales térmicas donde se aprovecha el calor de la combustión,  ya sea como potencia calorífica o bien en obtención de energía eléctrica.

Reutilización: se emplean como elementos de protección en puentes y embarcaciones. Se reutilizan para confeccionar alfombras, bolsos, carteras, sandalias, columpios y macetas para jardines 100% ecológicos.

Obtención de productos de caucho moldeados: se adhiere caucho virgen al caucho reciclado para fabricar losetas para suelos y arandelas.

Empleo en metalurgia: para recuperar el acero de su estructura se recurre a electro imanes para separar las partículas metálicas del material previamente molido.

La acumulación de neumáticos usados en vertederos y basureros provocaba grandes desastres medioambientales porque estos son apilados y quemados. Los gases contaminantes que despiden estos incendios afectan al ser humano causando graves enfermedades respiratorias y nerviosas.

11. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

- http://www.uhu.es/prochem/wiki/index.php/Proceso_Industrial_del_Caucho- http://www.buenastareas.com/ensayos/Proceso-Industrial-Del-Caucho/

250153.html- http://www.textoscientificos.com/caucho/sbr/produccion- http://html.rincondelvago.com/polimeros_11.html- http://www.prodelca.com/Productos/cauchos-sbr.html- http://www.inspiraction.org/cambio-climatico/reciclaje/material-reciclado/caucho