La vulcanización es un proceso en el cual se somete una goma natural o sintética (caucho, hule, etc.) a un calentamiento en presencia de azufre, con la finalidad de cambiar sus características y otorgarles mayor dureza y resistencia frente a las condiciones del medio ambiente. La vulcanización permite a la goma, o polímero relacionado, mantener su elasticidad tanto en caliente como en frío.
La vulcanización es un proceso sumamente importante en la industria, ya que permite mejorar las propiedades mecánicas de la goma. En otras palabras, la vulcanización es un proceso químico, en el cuál se convierte una goma o un polímero relacionado, en un material mucho más resistente, impermeable y duradero mediante la adición de azufre u otros aditivos equivalentes o curativos, con el fin de obtener una goma vulcanizada. Los aditivos adicionados a la goma la modifican mediante la formación de puentes o enlaces químicos cruzados entre las cadenas de polímeros que conforman la goma.
El material vulcanizado tiende a ser menos pegajoso que la goma original, lo que evita que éste se adhiera a superficies metálicas o plásticas. El curado obtenido por la vulcanización es un proceso irreversible, es decir, no hay manera de regresar a las características originales de la goma, y aunque existen formas de retirar la mayor cantidad de azufre posible para poder reciclarlos, hay que tener en cuenta que las características del material vulcanizado son muy similares a las de un plástico termoestable, lo que le impide fundirse para poder ser moldeado nuevamente.
La principal importancia de la vulcanización, es que permite obtener un material mucho más resistente y flexible que el material original (gomas naturales o sintéticas).
La vulcanización se logra por el entrelazamiento de las moléculas filiformes que conforman la goma natural o sintética. Este entrecruzamiento se debe a la acción del azufre, ya que a determinadas circunstancias (por ejemplo, altas temperaturas) podrá formar cadenas con sus propios átomos. Este efecto es aprovechado para la vulcanización, ya que las gomas (naturales o artificiales) cuentan con sitios muy atractivos en sus moléculas para los átomos de azufre. Estos sitios (llamados también sitios de cura) permiten al átomo de azufre unirse a sí mismo, dando como resultado la creación de una cadena que va creciendo hasta unirse a otra molécula de goma. Estos puentes de azufre tienen una longitud que abarca entre los 2 y los 10 átomos.
[1] Proceso de vulcanización con azufre.
Para lograr que el proceso de vulcanización sea mucho más rápido, se añaden aceleradores a las gomas, junto con el azufre. Por lo general, se trata de derivados del ácido de ditiocarbomina y del mercaptobenzotiazol, entre otros.
[1] Reacción acelerada de la vulcanización de la goma con MBTS.
El proceso industrial de vulcanización se logra colocando la materia prima (goma) bajo presión en moldes especiales, a una temperatura superior a los 150 °C dependiendo del tamaño de la pieza a vulcanizar. La duración varía y puede ser de algunos minutos a varias horas.
La vulcanización es un proceso que depende de la temperatura y el tiempo. A medida que la temperatura aumenta, se requiere que se eleve la velocidad de vulcanización. No obstante, el uso de temperaturas elevadas para minimizar el tiempo de vulcanizado es un enfoque que tiene límites, de hecho, los materiales vulcanizados pueden dañarse al utilizar temperaturas excesivas, llegando incluso a una descomposición química del producto.
Por lo general, estos procesos utilizan diferentes maquinarias para realizar el laminado y el estrusionado. En muchos procesos se utilizan moldes calientes a altas presiones, y en otros, se utilizan moldes calentados por vapor. Asimismo, también suelen utilizarse diferentes aceleradores, mientras que, en otros procesos, se utilizan hornos de vulcanizado y autoclaves.
[1] Dispositivo de vulcanización.
[3] Vulcanización de neumáticos.
Bibliografía
- https://www.ingenieriaquimicareviews.com/2020/08/que-es-la-vulcanizacion.html
- https://rentingfinders.com/glosario/vulcanizacion/
- https://hultek.com.mx/que-es-y-como-funciona-la-vulcanizacion-del-hule/