El hule natural y el hule sintético

El hule natural es un polímero caracterizado por sus moléculas largas y filiformes, el cual se obtiene a partir de una secreción (látex natural) que mana del tronco de algunas especies vegetales, a través de incisiones o cortaduras hechas sobre la corteza del mismo.

Alrededor del 99 por ciento de todo el hule natural proviene del Hevea brasiliensis. Este es el árbol que podemos llamar el árbol del hule. El hevea crece en climas húmedos y calientes en suelos ácidos y bien drenados.

Los más finos hules crecen en regiones que caen dentro de un cinturón que se extiende alrededor de 1,100 kilómetros a cada uno de los lados del ecuador. Los árboles se empiezan a explotar alrededor de 6 a 7 años después de plantados, aún cuando su máximo rendimiento lo logran después del décimo año. Los árboles de hule rinden su máxima capacidad por alrededor de 25 a 30 años.

Las plantaciones de hule emplean trabajadores llamados picadores quienes recolectan el látex de los árboles. El picador corta un estrecho canal en el tronco del árbol entre 1.20 m. y 1.50 m. arriba del suelo.

El canal corre diagonalmente hacia abajo alrededor de la mitad del tronco. Al final del corte el picador coloca una canaleta de metal en forma de U, la cual llega a una pequeña tasa. El látex mana del corte y fluye hacia la taza. Alrededor del 30 al 35 por ciento del látex consiste de hule puro.

En algunas plantaciones se pica el árbol cada tercer día. En otras plantaciones se pica diariamente por quince días y luego se permite al árbol “descansar” por otro período igual.

El látex natural se puede dañar fácilmente, y debe ser transformado en hule crudo tan pronto como sea posible después de la pica. Esto se hace en el “beneficio” separando el hule natural del agua y otros materiales. El hule coagulado es ' transformado en crepe, granulado o lamina ahumada. En el beneficio se producen varias calidades de hule, las cuales se clasifican como hule seco y hule líquido.

El hule es un producto especialmente útil por varias razones: retiene el aire, es repelente al agua, no conduce fácilmente la electricidad y tiene larga duración, sin embargo, su principal importancia es que es elástico.

La sociedad moderna depende tanto del hule que sería casi imposible su funcionamiento sin él. No pasa lo mismo con la mayor parte de los materiales, que pueden ser sustituidos con mucha mayor facilidad en la mayor parte de sus usos.

Aun cuando el hule natural posee propiedades intrínsecas que lo convierten en un elemento insustituible, sus características han sido igualadas mediante procesos químicos que dieron lugar a los denominados hules sintéticos. Aún cuando es posible obtener estos productos a partir de diversas materias primas, especialmente del carbón, por razones de costo se derivan mayoritariamente del petróleo.

Los fabricantes agrupan el hule sintético en dos clases: de propósito general y para propósitos especiales.

Los hules de propósito general tienen muchos usos en que sustituyen al hule natural, en tanto que los de propósito especial tienen propiedades tales como resistencia a aceites, combustibles, aire y temperaturas extremas que lo hacen mejor que el hule natural para ciertos usos.

El mundo usa ahora prácticamente el doble de hule sintético que de hule natural. Esto se debe a que el hule sintético puede ser producido en forma suficientemente barata para competir con el costo del hule natural. Sin embargo, el costo creciente del petróleo y el carbón, y su carácter de perecederos, han disminuido el crecimiento de la producción de hule sintético.

Ameripol Additives ofrece una amplia gama de hule, incluyendo EPDM, NBR y SBR y aditivos para ellos.

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Como ayuda el Potencial Zeta en las formulaciones de suspensiones y emulsiones

¿Qué es potencial zeta?

El potencial zeta es uno de los parámetros fundamentales que controla la interacción de las partículas en suspensión.

Cuando partículas con carga se aproximan entre ellas, el que se repelen depende del equilibrio entre las fuerzas de atracción  experimentadas en todos los cuerpos, y de las fuerzas de repulsión determinadas por la magnitud del potencial en la capa de deslizamiento. Este es el potencial a una corta distancia de la superficie en dónde las moléculas del dispersante se mueven con respecto a las moléculas en el límite de la superficie.

El potencial zeta es el potencial en la capa de deslizamiento. Las partículas interactúan de acuerdo al potencial en esta capa.

Potencial Zeta como función del pH

El potencial zeta es determinado por la naturaleza de la superficie de la partícula y el medio de dispersión. El pH es a menudo un parámetro importante, y esta gráfica muestra una acción típica del efecto del pH.

En este ejemplo la curva pasa través del potencial zeta en cero, en el eje de las X, y a este punto se le llama punto isoeléctrico. Esto significa que las partículas no experimentan repulsión, por lo que la aglomeración puede ser un efecto a esperarse.

De hecho puede existir cierta atracción cerca de este valor también, y como regla si queremos asegurarnos que exista repulsión entre las partículas, debemos asegurarnos de que el valor de potencial zeta en mayor a +30mV o menor a –30mV.

Esta gráfica nos da la región de inestabilidad en cuanto al pH, en este caso entre pH 4 hasta pH 7.5.

Y las regiones de estabilidad, pH menor a 4 y mayor a 7.5.

Todo esto suena muy bien, pero ¿qué pasa con la gravedad?

En la mayoría de las formulaciones, la fase dispersa tendrá densidad diferente a la del medio, por lo que tenderá a sedimentar. Manteniendo las partículas apartadas sólo reducirá la velocidad del proceso. Si sus partículas dispersas son de densidad diferente a la del medio, siga leyendo>

Para entender como manejar esto, debemos dar un vistazo a dos fuerzas competitivas, la de repulsión y la de atracción.

Esta gráfica muestra la energía de interacción, -KT indica repulsión y KT atracción. R es la distancia entre las partículas, del lado izquierdo las partículas se están tocando. Esta curva azul, es la fuerza de repulsión entre dos partículas y representaría partículas con un potencial zeta alto. A grandes separaciones existe una pequeña interacción. A medida que las partículas se aproximan, la energía de repulsión aumenta. Si las partículas pueden ser aproximadas entre ellas, lo más cerca posible como para vencer la barrera de la energía, las fuerzas de atracción dominarían y causarían que las partículas se junten.  Una vez en este punto de mínima energía primaria, se requeriría mucha energía para separar las partículas.

La curva roja representa únicamente las fuerzas de atracción, y representarían el caso en donde no existe mecanismo de estabilización.  No importando el lugar de las partículas en la dispersión, se irán agregando y caerán en la mínima primaria. La velocidad a la que esto pasa dependerá de la concentración de la muestra y de la velocidad de difusión de la partícula, y será acelerada con la agitación.

La línea verde es la suma de las fuerzas de atracción y repulsión. Note que las fuerzas de repulsión actúan sobre una distancia más grande que la de las fuerzas de atracción.

Este hecho es importante, ya que si reducimos la fuerza de repulsión, reduciendo el potencial zeta, algo inesperado sucede.

La gráfica en la imagen anterior puede ser utilizada para explicar esta observación en las dispersiones de dióxido de titanio.

Variación de la concentración de Calgón
Foto después de dos semanas

Estas ocho botellas, contienen dispersiones de dióxido de titanio en la misma concentración, con concentraciones de calgón, que es el nombre comercial de hexameta fosfato de sodio, que varían desde 0.01% en la izquierda hasta 1.25% en la derecha, y han sido dejadas por dos semanas.

Las dos botellas de la izquierda, han formado un volumen alto de sedimentos. La insuficiente estabilización de carga ha provocado que las partículas se agreguen rápidamente, formando flóculos de baja densidad. Las cuatro botellas de en medio han floculado, pero ahora se han estabilizado, con las partículas paradas en las mínima secundaria.

Las dos botellas de la derecha, tienen una carga lo suficientemente estable que ha prevenido la agregación, pero la gravedad se ha encargado de que las partículas precipiten. El movimiento browniano de las partículas ha provocado que cada partícula vaya a la posición más baja de energía, formando una cama densa que dificultará o hará imposible la re-dispersión.

La lección de esto es que mucha cantidad de dispersante puede ser tan malo como no lo suficiente.

Regresando a la foto de las dispersiones de dióxido de titanio, la distinción principal entre las botellas b y c, y entre la f y g muestra porque las variaciones entre lotes pueden ocurrir sí la formulación esta situada justo en este punto.  Pequeños cambios en la formulación pueden fácilmente desencadenar la floculación o sedimentación.

¿Que hay de mejorar el tiempo de anaquel?

Las formulaciones pueden cambiar en al almacén debido a la hidrólisis, o por el efecto del contenedor utilizado, por ejemplo, los iones de metal pueden disolverse lentamente en una lata, o los gases pueden difundirse a través de una botella de plástico. Si estos efectos son entendidos, entonces el análisis pueden realizarse para encontrar su efecto en el potencial zeta. La formulación entonces, puede ser alterada para resistir cambios debido a estos efectos, o pueden producirse cambios en las condiciones de almacenamiento.

Esto reducirá el consumo de tiempo en pruebas de estabilidad en un gran número de formulaciones, si sólo se concentra en las candidatas.

Proveedores de medición de potencia zeta

A continuación le presentamos a Malvern Instruments, proveedor de medición de potencial zeta:

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Fabricación de empaques industriales - ¿cómo seleccionar el hule adecuado?

El hule natural se compone principalmente de moléculas de isopreno que forman un polímero de alto peso molecular, mientras que el hule sintético o elastómero se produce comercialmente polimerizando mono y diolefinas, como el isobutileno, butadieno e isopreno. También se pueden obtenerse elastómeros por la copolimerización de olefinas con diolefinas como en el caso del estireno-butadieno (SBR).

El principal empleo de los hules sintéticos es la fabricación de llantas para autos de pasajeros, camiones, aviones y maquinaria agrícola. No obstante, el hule sintético también es usado para la fabricación de empaques. Algunos tipos de hules usados en la manufactura de empaques, son:

Hules acrílicos

Estos elastómetros son fabricados a partir del etil, butil, o metoxi y etoxi-etil-acrilatos. Tienen muy buena resistencia a los aceites y al calor, por lo que sus principales aplicaciones son la fabricación de sellos, empaques y mangueras.

Hule butadieno-estireno (SBR)

Este elastómero es un copolímero de butadieno con estireno conocido como SBR, GR-S o Buna S. El SBR tiene una amplia variedad de aplicaciones, entre las que destacan: la fabricación de llantas, fabricación de calzado, empaques, recubrimiento de frenos, baterías como separador de placas, etc.

Polímeros fluorados

Los polímeros que contienen flúor se producen a partir de olefinas fluoradas con dos o tres átomos de carbono. Cuentan con una buena resistencia al calor, a los productos químicos y a la intemperie. Además tienen excelentes propiedades mecánicas. Los polímeros fluorados son usados en la fabricación de piezas, como: juntas, empaques y mangueras sometidas a trabajo severo tanto en la industria automotriz como en los equipos de perforación de pozos petroleros y similares.

Elastómero etileno-propileno (EPR)

Este hule se obtiene copolimerizando el etileno con propileno. Su principal aplicación es en la fabricación de cámaras de aire de las llantas. Otras aplicaciones en la industria automotriz son la fabricación de mangueras, bandas y cintas selladoras para las puertas.

El hule etileno-propileno al ser mezclado con polímeros como el polipropileno, se obtiene un elastómero termoplástico ideal para su uso en ciertas partes de la defensa de los automóviles, mangueras, empaques y partes del tablero de control. Además, se usa para recubrir alambres y cables de uso rudo.

Bolbrugge Hnos (B&W) cuenta con una gran variedad de hules, colores, durezas para la fabricación de empaques de acuerdo a la industria en la que se van a emplear.

B&W tiene la capacidad de crear el diseño y desarrollo de los prototipos de hules que usted requiera, ya que cuentan con una gama completa de técnicas de moldeado.

Los productos de hule de B&W son fabricados en base a los lineamientos FDA y especificaciones similares.

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