¿Qué es la vulcanización?

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 otorgarle 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.

Fábrica de neumáticos vulcanizados - Vulcanized tyre factory

Fábrica de neumáticos vulcanizados. Imagen de blacklion

La vulcanización es un proceso sumamente importante en la industria, ya que permite mejorar las propiedades mecánicas de la goma. En este artículo, definiremos la vulcanización, cómo se logra y cuáles son sus aplicaciones más comunes a nivel industrial.

Tabla de contenidos

Definición de vulcanización

Autoclave de vulcanización - Vulcanization autoclave

Autoclave de vulcanización. Imagen de akarmak

Podemos definir a la vulcanización como 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.

Una definición más completa del proceso de vulcanización es la siguiente: Se trata de un proceso regido por una reacción química que permite que las moléculas filiformes (que conforman un polímero) logren entrelazarse entre sí, gracias a la adición de azufre en presencia de calor, aunque pueden utilizarse otros aditivos, como por ejemplo, los peróxidos. Gracias a esta interacción se logran mejoras considerables en las características del material y las propiedades plásticas de las gomas, y al mismo tiempo, se logra aumentar las condiciones elásticas de dichas gomas.

Cabe destacar, que aunque el proceso de vulcanización fue dado a conocer por Charles Goodyear en el año 1839, los antiguos Olmecas utilizaban diferentes tipos de extractos de plantas para fabricar las pelotas de hule utilizadas en sus juegos de pelota.

La principal importancia de la vulcanización, es que permite obtener un material que es mucho más resistente y flexible que el material original (gomas naturales o sintéticas).

¿Cómo se logra la vulcanización?

La vulcanización se logra por el entrecruzamiento (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. La reacción, la visualizaremos en la siguiente imagen:

Fórmula de la vulcanización con azufre - Sulphur vulcanization formula

Proceso de vulcanización con azufre. Imagen de wikipedia

Cabe destacar que para lograr que el proceso de vulcanización sea mucho más rápido, se le 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.

Proceso de vulcanización

Reacción acelerada de la vulcanización de la goma con MBTS. Imagen de polymerdatabase

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. Existen otros procesos de vulcanización como el siguiente:

Se sumerge una lámina de goma de aproximadamente 2 mm de espesor en un baño de azufre fundido, logrando así, que la goma se hinche ligeramente para que pueda combinarse con el azufre y culminar la vulcanización. Esto se logra, elevando la temperatura entre los 1300 y los 1400 °C. Este tratamiento se mantiene por una duración aproximada de 40 minutos.

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.

Existen diferentes métodos para lograr la vulcanización. El más utilizado (en la industria de las llantas) es el formado a presión. Sin embargo, existen métodos que incluso se realizan a temperatura ambiente, y otros, con mezclas de gomas en máquinas de inyección que no requieren presiones altas, pero sí, calor.

Los procesos de curado para las gomas (caucho y diferentes elastómeros) son diversos, siendo los más conocidos los siguientes: