Manual del caucho

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PD FC Manual del Caucho

Aditivos de Procesamiento 1

Funciones de los Aditivos de Procesamiento

2

¿Qué son los Aditivos de Procesamiento?

3

Historia de los Aditivos de Procesamiento

3

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Introducción

Clasificación de los Aditivos de Procesamiento

5

Lubricantes

5 co T

7

Acidos Grasos Esteres de Acidos Grasos Jabones Metálicos

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Alcoholes Grasos

Ceras de Polietileno y Polipropileno Otros Productos

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Propiedades y Modo de Acción de los Lubricantes Procesamiento con Lubricantes

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Organosiliconas

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Amidas de Acidos Grasos

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Peptizantes Físicos y Químicos

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Productos Schill & Seilacher y sus Usos

7 8 8 8 8 8 9 9 9 16 17 18

¿Cuáles son los Beneficios de los Agentes Peptizantes?

Caucho Natural de Baja Viscosidad

22 23

Productos Schill & Seilacher y sus Usos

23

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Procesamiento con Agentes Peptizantes

Agentes Homogeneizantes

25

Resinas de Hidrocarburos

27

Resinas Cumarona

27

Resinas de Petróleo

27

Copolímeros

27

Resinas de Terpeno

28

Asfalto y Bitumen

28

Colofonias

29

Resinas Fenólicas

30

Lignina

30

Procesamiento con Agentes Homogeneizantes

30

Productos Schill & Seilacher y sus Usos

31

Agentes Dispersantes

32

Procesamiento con Agentes Dispersantes

32

Productos Schill & Seilacher y sus Usos

32

Agentes de Pegajosidad

33 33

Productos Schill & Seilacher y sus Usos

34

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Procesamiento con Agentes de Pegajosidad

Plastificantes

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35

Procesamiento con Plastificantes

38

Preparados Productos Schill & Seilacher y sus Usos Preparados de Oxido Metálico

Procesamiento con Activadores de la Vulcanización

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Silanos y Agentes de Acomplamiento

Reportaje de STRUKTOL® SCA 98 & SCA 985

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Activadores

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Preparados de Azufre

38

5 co T

Productos Schill & Seilacher y sus Usos

39 41 41 41 43 47 49 49 51

Las Propiedades de Struktol Silanos

52

PD FC

Agentes de Separación

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Areas de Aplicación de Silanos en la Industria del Caucho

53 53

Agentes Desmoldantes

54

Agentes en Polvo

55

Agentes Desmoldantes Orgánicos

55

Aceites de Silicona

55

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Agentes de Separación para Compuestos Crudos y Materiales en Proceso

Agentes de Despegue Semipermanentes

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Lubricantes del Compuesto

57

Productos de Schill & Seilacher y sus Usos

58

Agentes de Despegue de Mandril

58

Agentes de despegue semi-permanentes

59

Grados STRUKTOL PERMALEASE

59

Aceites de Silicona

60

Compuestos para Limpieza de Moldes

61

La Influencia de los Auxiliares de Procesamiento en la Decoloración

61

Dispersiones de Pperóxidos

62

Demanda de Peróxido

63

Adhesión Goma Metal

64

Métodos de Ensayo - Evaluación de los Auxiliares de Procesamiento

64 65

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Dispersión y Homogeneidad

65

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Ensayos Reológicos Viscosímetro a Disco de Corte Mooney

66

Equipo Delfo

66

66

Reómetro de Corte sin disco por Esfuerzo de Torsión Analizador de la Procesabilidad del Caucho Curómetro a Disco Oscilante

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Extrusora de Laboratorio

Molino Abierto de Laboratorio y Rodillo Marcador

Ensayo de Transferencia en Espiral

Desmolde

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Pegajosidad en Crudo

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Plasticorder

Vulcámetro Reométrico

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Reómetro Capilar de Alta Presión

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Auxiliares de Procesamiento en Artículos Farmacéuticos

66 66 66 67 67 67 67 68 68 69 70

74

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

75

PD FC

Ecología y Toxicología de los Auxiliares de Procesamiento

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Tablas de Aplicación STRUKTOL Propiedades de Flujo Mejorado -

Lubricantes en Elastómeros Seleccionados

75 75

Altas velocidades de extrusión con STRUKTOL WB 16

102

STRUKTOL WS 280 en Pasta en FKM

104

STRUKTOL WB 42 - Estudio de Afloramiento

106

STRUKTOL ZP 1014 - Agente de cura para XNBR

108

STRUKTOL ZEH vs. Ácido Esteárico en NR

109

Estudio de Homogeneización

112

Limpieza de Molde con STRUKTOL MC-A

113

Informaci贸n Util Adicional 114

Escarchado

114

Literatura Obtenible de Schill & Seilacher

115

Revisi贸n 21/08/03

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Cuarteamiento

Introducción Tradicionalmente, el uso de ayudas de proceso como forma de corregir un desempeño en proceso pobre fue desaprobado por muchos formuladores. Hoy, los aditivos de proceso modernos son vistos como promotores que aumentan la eficiencia de los procesos de producción de caucho.

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Además de las clásicas, las primeras mezclas de sustancias cuyo objetivo era mejorar el procesamiento de compuestos de caucho, a menudo carecían de uniformidad y no inspiraban mucha confianza. Los usuarios recurrían a ellos sólo cuando era absolutamente necesario. El formulador difícilmente podía entender la composición y, en particular, la forma en que trabajaban las sustancias.

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Muchos aditivos tienen, a menudo, múltiples funciones y su número ha aumentado significativamente a través de los años. Por esta razón se ha vuelto más importante hacer una correcta selección del producto y más difícil entender el rol de cada producto individual disponible.

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En los últimos años, sin embargo, apareció una gran oportunidad: La correlación entre la composición de los aditivos de procesamiento y su eficacia en los compuestos, ha sido ampliamente clarificada sobre la base de ensayos intensivos, en particular los realizados por Struktol Co. of America. De esta forma los aditivos llegaron a ser parte integral de los compuestos de caucho. En la actualidad, los productos son sustancias bien definidas o mezclas que son sintetizadas de materias primas específicas. Pueden prepararse para requerimientos técnicos específicos.

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En lugar de ver a los aditivos como ayudas sólo cuando un compuesto causa dificultad, en la actualidad son tenidos en cuenta por el formulador cuando desarrolla una fórmula con el propósito de eliminar problemas de procesamiento y para ajustar características de procesamiento definidas.

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Información sobre la línea de productos STRUKTOL se encuentra disponible desde Internet en www.struktol.com.

Introducción

1

Funciones de los Aditivos de Procesamiento ¿Qué podemos esperar de los productos llamados aditivos o promotores? El espectro de funciones es muy amplio y cubre todas las áreas del procesamiento de caucho (Figura 1).

Aditivos de Procesamiento de Caucho - principales áreas de aplicación OPERACIÓN

BENEFICIOS

Mezclado

Viscosidad del Polímero (NERVIO) Homogeneización Incorporación de la Carga

Reducción de la Viscosidad Compatibilidad Tiempo de Mezclado Dispersión Despegue

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AREAS PROBLEMATICAS

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Pegajosidad Semi Elaborados

Extrusión Calandrado Preparados en crudo

Vulcanización

Moldeo por Compresión Moldeo por Transferencia Moldeo por Inyección

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Flujo Despegue Pegajosidad

Vulcanización continua

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Figura 1

Flujo Despegue Menor Ensuciamiento del Molde Limpieza del Molde Flujo

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Durante el mezclado, sobre el molino abierto o en el mezclador interno, los aditivos deben facilitar la mezcla homogénea de diferentes polímeros y permitir una incorporación rápida de la carga y de otros materiales del compuesto. En la medida de lo posible, la pegajosidad del compuesto debe ser controlada. Se debe evitar una pegajosidad excesiva en las máquinas o el embolsamiento debido a una carencia de pegajosidad.

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El tiempo de mezclado debe reducirse. La viscosidad del compuesto debe disminuirse y debe ser tal que sea posible un mezclado eficiente en energía a bajas temperaturas. Se debe mantener la distribución uniforme y la dispersión óptima de todos los compuestos, y la influencia sobre la prevulcanización tiene que ser mínima o controlable.

De acuerdo a las funciones que cumplan en el proceso de mezclado, se necesitan productos como los peptizantes físicos o químicos, homogeneizantes y agentes de dispersión.

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El procesamiento intermedio, por ejemplo los semi-elaborados, requieren compuestos con buenas propiedades de flujo. Los perfiles deben extruirse fácil, rápida y uniformemente. Los extrudados deben exhibir una superficie lisa, buena resistencia al aplastamiento, y en el caso de los perfiles, una definición exacta del borde. La temperatura del extrudado y el hinchamiento en la boquilla deben ser lo más bajos posible. En calandrado son deseables una superficie lisa, baja contracción y libre de burbujas.

Para ensamblado o “preparado en crudo” se requiere una pegajosidad suficiente.

De este modo, son necesarios para el procesamiento intermedio, productos que actúen como lubricantes o agentes de pegajosidad y que controlen las propiedades reológicas del compuesto.

En el proceso de vulcanización existe demanda de buenas propiedades de flujo con el propósito de llenar el molde rápida y uniformemente, y que el mismo se encuentre libre de ampollas o de aire atrapado, en particular en el moldeo por transferencia o por inyección. Finalmente, los vulcanizados deben desmoldarse fácilmente y no deben producir residuos con ensuciamiento del molde.

En la vulcanización continua debe prestarse atención a la resistencia al aplastamiento de perfiles o tubos. Con aditivos pueden obtenerse efectos superficiales especiales como brillo, efectos de autolubricación y de anti-bloqueo.

Historia de los Aditivos de Procesamiento

2

Gracias a las actividades de investigación de Struktol Co, se encontró que algunos aditivos tienen una función adicional como activadores del curado.

Sales especiales de ácidos grasos mejoran la densidad de reticulación y la resistencia a la reversión y pueden simultáneamente aumentar la procesabilidad de los compuestos por medio de un mejor flujo y una demora en la prevulcanización.

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La gran cantidad de funciones de los aditivos de procesamiento es el resultado de un gran y aún creciente número de productos existentes en el mercado.

Actualmente los plastificantes y los factices, debido a sus efectos, deben ser incluidos en el conjunto de los aditivos de procesamiento. No obstante, ellos han formado un grupo separado en el curso de la evolución.

¿Qué son los Aditivos de Procesamiento?

5 co T

Los aditivos de procesamiento están definidos en la Figura 2. Sus efectos pueden ser de naturaleza química (como los peptizantes químicos) y/o física (lubricantes).

Definición

Historia de los Aditivos de Procesamiento

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Figura 2

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Cualquier material usado en dosis relativamente bajas, que mejora las características de procesamiento sin afectar significativamente las propiedades físicas.

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Aditivos de Procesamiento - Clásicos

Cola animal Asfalto Cera de abejas Bitumen Ceresina Colofonia Resina Cumarona Acidos grasos

Acido esteárico Acido láurico Acido mirístico Estearina Acido esteárico Acido palmítico Acidos insaturados, por ejemplo oleico

Aceite mineral Brea Cera montana Alquitrán de pino Lecitina de soja Vaselina Agua Grasa de lana (grasa de lana hidratada) Figura 3

Historia de los Aditivos de Procesamiento

3

Muchos de los aditivos de procesamiento clásicos (Figura 3), que han sido usados en los primeros años de la formulación de caucho, aún son usados directamente o como materias primas para productos modernos. Son mayormente productos naturales y no muy constantes en su composición y calidad.

Actualmente, sin embargo, tienen una alta calidad debido principalmente a procesos de purificación apropiados.

En la Figura 4 se muestra la velocidad de crecimiento de grupos de productos populares en los últimos años.

La evolución de los Aditivos de Procesamiento 1984

1995

Homogeneizantes

4

8

13

Peptizantes (Físicos, Químicos)

14

21

Lubricantes y otros Aditivos

82

167

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1980

30

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286

Fuente: Blue Book (Rubber World) Cantidad de productos disponibles Figura 4

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Este crecimiento refleja la importancia de los aditivos de procesamiento para el rápido desarrollo del procesamiento moderno, y los crecientes requerimientos de calidad de los artículos de caucho.

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Los datos del Blue Book son representativos del mercado estadounidense e incluye, por lo tanto, sólo un número limitado de productos disponibles en otros países.

Aditivos de Procesamiento - Evolución Lubricantes para molde e internos

Ayudas de Proceso y Agentes de Dispersión (total)

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El desarrollo específico de aditivos de procesamiento comenzó no antes de los años cincuenta.

En 1954 STRUKTOL fue registrada como marca para los productos de Schill & Seilacher, los cuales enseguida se volvieron sinónimo de aditivos de procesamiento.

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Otra tabla (Figura 5) muestra también el rápido crecimiento del número de aditivos de procesamiento ocurrido en las décadas pasadas.

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Los primeros productos especiales producidos por Schill & Seilacher en sus plantas de Hamburgo fueron mal llamados plastificantes en emulsión del tipo agua en aceite.

165 en 1961*) 475 en 1995*) Stock de lubricantes diferentes químicamente 42 en 1961*) 149**) en 1995*) (Factor de crecimiento 3.6) *) Fuente: Blue Book (Rubber World) **) casi 30 productos STRUKTOL incluidos

Figura 5

Un representante particularmente bien conocido de esta categoría es STRUKTOL WB 212, un plastificante en emulsión a base de ésteres de ácidos grasos.

La lista actual de aditivos de procesamiento STRUKTOL comprende un gran número (Figura 5) que está creciendo continuamente.

Historia de los Aditivos de Procesamiento

4

Clasificación de los Aditivos de Procesamiento

Aceites minerales Petrolato Ceras de parafina Resinas de petróleo

Peptizantes

Agentes regenerantes

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Tiocompuestos orgánicos

Polietilenos Polibutenos

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Polímeros LMW

Figura 6

Resinas fenólicas

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Resinas sintéticas

Acidos grasos Esteres de ácidos grasos Alcoholes grasos Jabones metálicos Amidas de ácidos grasos

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Derivados de ácidos grasos

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EJEMPLOS

Hidrocarburos

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Aditivos de Procesamiento - Estructura Química GRUPO

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La riqueza de aditivos de procesamiento exige una subdivisión para ser lo más claros posible.

Se han hecho muchos intentos en esa dirección usando varios criterios, tales como parámetros de solubilidad, puntos de fusión, la influencia sobre la temperatura de transición vitrea, etc.. Sin embargo, se obtiene muy poca información, si es que se obtiene alguna, sobre los efectos y propiedades de los aditivos en los compuestos de caucho. Por lo tanto son de muy poco uso para el formulador. Es mejor subdividir los aditivos de procesamiento de acuerdo a sus estructuras químicas, como se muestra en la Figura 6.

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Esto registra las clases de sustancias, pero no se obtiene una manifestación con relación a sus efectos, lo cual es el mayor interés para el formulador y una mayor ayuda para la selección.

Clasificación de los Aditivos de Procesamiento

5

Aditivos de Procesamiento - Efectos EJEMPLOS

Peptización

2.2'-Dibenzamidodifenildisulfuro Pentaclorotiofenol Jabones de Zinc

Dispersión

Esteres de ácidos grasos Jabones metálicos Alcoholes grasos

Flujo

Jabones metálicos Esteres de ácidos grasos Amidas de ácidos grasos Acidos grasos

Homogeneización

Mezclas de resinas

Pegajosidad

Resinas de hidrocarburos Resinas fenólicas

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Alta dureza

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Organosiliconas Esteres de ácidos grasos Jabones metálicos Amidas de ácidos grasos

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Masterbatches de resinas de alto contenido de estireno Resinas fenólicas Trans polioctanomero

Despegue

Figura 7

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EFECTO

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Por lo tanto parece más significativo dividir los productos de acuerdo a sus efectos (Figura 7). Aquí puede verse claramente qué sustancia se asigna a cada efecto. Muchas clases de sustancias exhiben múltiples efectos, como por ejemplo los ésteres de ácidos grasos, como lubricantes y agentes de dispersión, en otras palabras, sus efectos se superponen y se complementan.

Con esto es posible tener un primer acercamiento más uniforme y una descripción más sencilla.

Clasificación de los Aditivos de Procesamiento

6

Lubricantes

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El grupo más grande de aditivos de procesamiento modernos contiene a los lubricantes. Desde los comienzos del procesamiento de caucho el ácido esteárico, el estearato de zinc y la grasa de lana fueron conocidos como sustancias que mejoraban efectivamente el flujo de los compuestos de caucho.

El estearato de calcio fue y es usado como un agente de empolvamiento y separación. Se han usado estearatos de bario, cadmio y plomo, pero se dejaron de usar hace algunos años debido a razones ecológicas. Las materias primas esenciales para esta clase de productos son ácidos grasos, sales de ácidos grasos, ésteres de ácidos grasos, amidas de ácidos grasos y alcoholes grasos. Pero también son importantes loa hidrocarburos como la cera de parafina. Más recientemente se han incluido el polietileno y el polipropileno de bajo peso molecular debido a su carácter ceroso (Figura 8) Aditivos de Procesamiento - Lubricantes Modernos Esteres de ácidos grasos

•

•

Alcoholes grasos

•

Amidas de ácidos grasos

•

Ceras de polietileno

•

Organosiliconas

Figura 8

Jabones metálicos

5 co T

•

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Lubricantes

Materias Primas Importantes para Acidos Grasos

Figura 9

Aceite de algodón Aceite de maní Aceite de linaza Aceite de palma Aceite de colza Aceite de girasol

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Aceite de castor Aceite de nuez de coco Aceite de arenque Aceite de oliva Aceite de pepita de palma Aceite de soja Sebo

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Las organosiliconas desarrolladas por Schill & Seilacher, están creciendo en importancia. Los lubricantes modernos disponibles en el mercado están, en su mayoría, compuestos específicamente por los materiales básicos mencionados arriba. Entre los ácidos grasos, el ácido esteárico todavía encuentra amplia aplicación como un material que mejora la procesabilidad de compuestos y sus características de curado a la vez. Es usado en gran medida como un constituyente del sistema emulsificante para cauchos sintéticos. Debido al bajo punto de fusión y al carácter ceroso de los ácidos grasos, éstos mejoran el mezclado y el procesamiento intermedio. Reducen la pegajosidad de los compuestos. Los ácidos grasos producidos a partir de aceites vegetales y grasas animales (Figuras 9, 10) son predominantemente mezclas de ácidos grasos de C16 - C18. A pesar de tener una volatilidad más alta, los ácidos grasos que tienen una longitud de cadena más corta como el ácido láurico (C12), son usados ocasionalmente. Los ácidos grasos que tienen una longitud de cadena más larga son, por supuesto, muy apropiados, pero son raros y muy costosos para la industria del caucho.

Lubricantes Acidos Grasos Importantes

Acido graso Acido palmítico Acido esteárico Acido oleico Acido erúcico Acido ricinoleico*) Acido linoleico Acido linolénico

Longitud C16 C18 C18 C22 C18 C18 C18

Enlaces dobles 0 0 1 1 1 2 3

*)Acido 12-hidroxioleico Figura 10

La compatibilidad limitada del ácido esteárico con los cauchos sintéticos, y la necesidad de productos especiales para resolver problemas complejos de procesamiento ha llevado al desarrollo de lubricantes más modernos. Las materias primas para la mayoría de los lubricantes son mezclas de glicéridos tales como aceites vegetales y grasas animales. En la Figura 9 se muestran ejemplos típicos de ellos. A través de la saponificación de los glicéridos se obtienen mezclas de ácidos grasos que varían en la distribución de la longitud de la cadena de carbono y en su grado de insaturación.

En la Figura 10 se muestran los ácidos grasos más importantes. Los procesos de separación y purificación llevan a ácidos grasos específicos que son la base de los lubricantes hechos a medida en el procesamiento del caucho.

Lubricantes

7

Los ésteres de ácidos grasos se producen a partir de la reacción de los ácidos grasos con varios alcoholes. Aparte de los buenos efectos de lubricación, ellos promueven la humectación y la dispersión de los materiales del compuesto.

De los ésteres encontrados naturalmente, la cera de carnauba se usa tradicionalmente como lubricante para cauchos fluorados. El material es extraído de las hojas de palma de carnauba. Es conocido también como base para lustres. La cera de montana es un éster fósil obtenido del carbón marrón a través de la extracción con solvente.

En los primeros tiempos fue usado ampliamente en compuestos para suelas, para mejorar la terminación de la superficie y para facilitar el pulido sin afectar adversamente la adhesión. Las longitudes de la cadena de carbono de los componentes ácidos y alcoholes varían entre C20 y C34.

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Los jabones metálicos se producen a través de la reacción de las sales de ácidos grasos solubles en agua (por ejemplo potasio) con sales metálicas (por ejemplo ZnCl2) en solución acuosa (proceso de precipitación). También, los jabones metálicos se obtienen por medio de una reacción directa de los ácidos grasos con óxido metálico, hidróxido o carbonato.

Los jabones metálicos más importantes son jabones de zinc y calcio, y los jabones de zinc ocupan la mayor proporción del mercado. Debido a que los jabones de calcio tienen menos influencia sobre la reacción de reticulación y sobre la prevulcanización en la mayoría de los casos, son usados en compuestos a base de elastómeros que contienen halógenos, como CR o halobutilo. Los jabones metálicos se basan, en su mayoría, en ácidos grasos de C16 - C18. Los lubricantes modernos contienen frecuentemente las sales de ácidos grasos insaturados, debido a su mejor solubilidad en el caucho y sus puntos de fusión más bajos.

El jabón mejor conocido, el estearato de zinc, se usa también como agente de empolvamiento para planchas no curadas cuya base son mayormente cauchos no polares. La compatibilidad del estearato de zinc es a menudo limitada, debido a su alta cristalinidad. Puede haber eflorescencia, lo que llevará a una separación de los pliegues en artículos ensamblados.

En general, los jabones metálicos son también buenos agentes de humectación. Bajo la influencia de altas velocidades de cizallamiento ellos promueven el flujo del compuesto, pero sin cizallamiento la viscosidad permanece alta (resistencia en crudo). Los jabones de ácidos grasos insaturados demostraron también su valor como una alternativa física a los peptizantes químicos, a través de su efecto lubricante; ellos exhiben una alta compatibilidad con el caucho.

Mezclas de sales de zinc a base de ácidos carboxílicos alifáticos y aromáticos son excelentes activadores del curado que retrasan marcadamente la reversión en compuestos de NR con un sistema de curado de azufre convencional (Patente DE 3831883 C1).

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Los alcoholes grasos se obtienen a partir de la reducción de ácidos grasos. Los alcoholes grasos lineales son usados raramente como aditivos de procesamiento para compuestos de caucho. Actúan como lubricantes internos y reducen la viscosidad. Se usan ocasionalmente en productos patentados como componente de dispersión y despegue. En general, su compatibilidad es buena.

El alcohol estearílico (1-octadecanol), sin embargo, tiene compatibilidad limitada y tiende a eflorescer.

Las amidas de ácidos grasos son producto de la reacción de ácidos grasos o sus ésteres con amoníaco o aminas. Todos los productos de este grupo tiene un efecto de activación más o menos fuerte sobre la prevulcanización; esto tiene que ser tenido en cuenta por el formulador. Las amidas de ácidos esteárico, oleico, y erúcico son lubricantes usados a menudo en termoplásticos.

La bis-estearamida de etileno (EBS) que tiene un punto de fusión alto, 140 ºC, raramente se usa como lubricante en compuestos de caucho ya que puede ocasionar problemas de dispersión.

La amida de ácido erúcico se usa ocasionalmente con el fin de reducir el coeficiente de fricción del SBR vulcanizado.

Las organosiliconas son relativamente nuevas en el grupo de los lubricantes. Se producen a través de la condensación de derivados de ácidos grasos con siliconas, y combinan una compatibilidad excepcionalmente buena a través del componente orgánico con las excelentes propiedades lubricantes y de despegue de las siliconas. Dependiendo de su estructura se pueden adaptar a elastómeros comunes o especiales. Tienen una alta estabilidad térmica.

Lubricantes

8

Debido a su alta compatibilidad, las Organosiliconas no dependen de los temidos problemas de reducción de la adhesión, delaminación o contaminación general, que se asocian generalmente con la presencia de siliconas en la industria del caucho! Además mejoran significativamente el calandrado y el desmolde.

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Las ceras de Polietileno y Polipropileno de bajo peso molecular se dispersan fácilmente en NR y cauchos sintéticos. Actúan como lubricantes y agentes de despegue. Mejoran la extrusión y el calandrado de compuestos secos en particular, y reducen la pegajosidad de compuestos de baja viscosidad. Su compatibilidad con cauchos polares como CR o NBR es limitada. Esto puede llevar a problemas de adhesión o unión cuando se usan altas dosis. Las ceras de PE se usan ocasionalmente como componentes en combinaciones de lubricantes.

El polipropileno se encuentra a menudo en lubricantes para la industria del plástico.

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Otros productos Grafito, disulfuro de molibdeno y productos fluorocarbonados deben mencionarse como lubricantes.

Estas sustancias, sin embargo, son raramente usadas ya que son más bien lubricantes de superficie antes que materiales para formulación.

Lubricantes - Beneficios Posibles

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Un aditivo de procesamiento que actúe predominantemente como un lubricante interno servirá principalmente como modificador de la viscosidad específica y mejorará la dispersión de la carga mientras que el comportamiento de deslizamiento está influenciado en un menor grado.

Lubricantes

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Mezclado • • • • •

Incorporación de la carga más rápida Mejor dispersión Menor temperatura de descarga Viscosidad reducida Despegue mejorado

Procesamiento

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A menudo se ha sugerido una clasificación estricta de los productos en lubricantes internos y externos. No es posible una diferenciación exacta, con la excepción de unos pocos ejemplos como grafito o PTFE en polvo. Prácticamente todos los lubricantes para compuestos de caucho combinan efectos de lubricación internos y externos. Esto no sólo depende de su estructura química sino también del polímero específico en el que son usados. En general, la solubilidad en el elastómero es un factor determinante.

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Propiedades y Modo de Acción de los Lubricantes Los mayores efectos positivos que pueden conseguirse en diversas etapas del procesamiento usando lubricantes, están listados en la Figura 11.

• • •

Calandrado y extrusión más rápido y fácil Despegue mejorado Menos consumo de energía

Moldeo • • • • •

Llenado de la cavidad más rápido a menor presión de operación Tensión reducida en partes moldeadas debido a un menor tiempo de llenado de la cavidad Ciclos más cortos Despegue mejorado Ensuciamiento del molde reducido

Figura 11

9

En la Figura 12 se muestra una clasificación esquemática de lubricantes para PVC tomada de la literatura.

Lubricantes Internos - Externos Modo de acción

Alcoholes grasos

C14-C18

interno

Esteres de ácidos grasos Acido graso Jabones metálicos Amidas de ácidos grasos

C14-C18 C14-C18 C16-C18 C16-C18

Aceite parafínico Cera parafínica Cera de polietileno

ramificada recta

externo

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Figura 12

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Longitud de la cadena del ácido graso

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Tipo

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Las parafinas están listadas como lubricantes externos pero actuarán como internos si, por ejemplo, se usan en PE o EPM. Esto significa que un aditivo actuará principalmente pero no exclusivamente como lubricante interno o externo.

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Un lubricante con acción predominantemente externa mejorará en gran medida el deslizamiento y reducirá la fricción entre el elastómero y la superficies de metal de los equipos de procesamiento. Su influencia sobre la viscosidad del compuesto es marginal. La dispersión de la carga puede mejorarse a través de la acumulación en la interfase entre el elastómero y la carga. Altos niveles de dosis, sin embargo, pueden llevar a una sobrelubricación (sobreconcentración) y subsiguiente eflorescencia.

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La lubricación se logra a través de una reducción de fricción. En la fase inicial de adición, el lubricante cubre al elastómero y otros posibles compuestos y se reduce la fricción contra las partes de metal del equipo de procesamiento. Con temperatura creciente, el lubricante comienza a derretirse y es moldeado en la matriz por la acción cizallante del mezclador.

La velocidad y el grado de incorporación del lubricante dentro del elastómero están determinados por el punto de ablandamiento, viscosidad de ablandamiento y solubilidad. Estos factores dependen de su estructura química y su polaridad.

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STRUKTOL ZEH, 2-etilhexanoato de zinc, se comporta como un soluto verdadero en NR y es disuelto completamente.

El criterio químico para la eficacia de los lubricantes orgánicos son la longitud de la cadena hidrocarbonada, el grado de ramificación, la insaturación y la estructura y polaridad de los grupos terminales.

La acción de los lubricantes basados en ácidos grasos puede ser explicada aceptablemente a través de la teoría de micelas tomada de la química surfactante. Su comportamiento es comparable al de los jabones, en otras palabras, sales de ácidos grasos en agua como medio polar o aceite mineral como material no polar (Figuras 13 - 15).

Lubricantes

10

Tecnología Surfactante - Usos Comerciales En Agua:

Soluciones de jabón concentrado tienen viscosidades altas

En Aceites Minerales:

Las grasas lubricantes son sistemas multifase (aceite, jabón y agua)

Ambos productos brindan excelente lubricación de alto cizallamiento (pero son duros en reposo) Los cauchos como los hidrocarburos HMW se comportan similar al aceite mineral

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Figura 13

Micela esférica

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Micela laminar Figura 14

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Formación de Micela en un Medio Polar (por ejemplo Agua)

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Las concentraciones altas de jabón dan en agua una estructura de gel y, en grasas lubricantes de aceite mineral, forman un sistema multifase que consiste de aceite mineral, jabón y agua. En reposo, ambos sistemas son productos duros.

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Formación de Micela en un Medio No Polar (por ejemplo Aceite Mineral)

Micela esférica Micela laminar Figura 15

Lubricantes

11

Bajo la influencia de altas velocidades de cizallamiento, como las que se producen en el procesamiento de caucho, exhiben deslizamiento considerable (Figuras 16 y 17). Esto se debe a la formación de micelas de los jabones de superficie activa en el medio circundante.

5 co T

ria

l

Surfactantes en la Matriz del Polímero

t an e!

m

Figura 16

ce.

Lubricantes

nu

PD FC

r w. ea

Jabones metálicos como aditivos reológicos

Figura 17

flujo

ww

tensión de cizallamiento nula

Los derivados de ácidos grasos (Figura 18) consisten en cadenas de hidrocarburos no polares de diferentes longitudes, rectas o ramificadas, saturadas o parcialmente insaturadas, con grupos polares pegados a sus terminaciones. Estas sustancias pueden, por ejemplo, (como se describió en la Figura 14) formar micelas esféricas o laminares tridimensionales en el medio acuoso polar. La porción polar, o mejor dicho, el grupo funcional terminal de la molécula de jabón que es hidrofílico, apunta hacia el exterior.

Lubricantes

12

En un medio no polar como el aceite mineral se forman micelas inversas; ahora la parte hidrofóbica, no polar apunta hacia el exterior al medio circundante (Figura 15).

Aditivos de Procesamiento - Lubricantes

Alcohol Graso

La existencia de micelas en soluciones surfactantes no acuosas ha sido probada por medio de difracción de rayos X, microscopía electrónica, ultracentrifugación y análisis de fluorescencia, se han detectado agregados laminares o esféricos de 10 - 40 moléculas surfactantes

5 co T

Ester de Acido Graso

ria

l

Amida Grasa

Jabón Metálico

r w. ea

Figura 18

grupo polar

ce.

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m

grupo no polar

nu

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PD FC

Se considera que el caucho es mayormente de naturaleza no polar y es similar a un aceite mineral, pero con mayor peso molecular, cuando los jabones metálicos que tienen una cadena hidrocarbonada suficientemente larga se dispersan en este medio pueden formar micelas esféricas o laminares. La cadena hidrocarbonada no polar de los jabones es soluble en el caucho mientras que el grupo polar terminal permanece insoluble.

Debido a su solubilidad limitada, las micelas pueden formar agregados en pilas (Figura 16). Como estructuras similares a los lubricantes de grafito y disulfuro de molibdeno, estos agregados en capa pueden ser ubicados uno contra otro bajo la influencia de cizallamiento y los compuestos del caucho fluyen más fácilmente.

La cohesión relativamente fuerte de los agregados formados por estearato de zinc puede notarse a través de un leve aumento de la resistencia en crudo de los compuestos de NR que incluyen este jabón metálico en altas concentraciones.

Lubricantes

13

En las Figuras 19 y 20 se muestra el efecto relacionado con la estructura, de los lubricantes a base de ácidos grasos.

JABONES DE ZINC Estructura - Relaciones con Propiedades ESTRUCTURA

PROPIEDAD

Longitud de la cadena carbonada Debajo de C10 Sobre C10

ria

Distribución de la longitud de la cadena (mezcla) Altamente cristalino Más alto MP Pobre dispersibilidad Puede eflorescer fácilmente

Ancha

Amorfa Más bajo MP Se dispersa fácilmente Reducida tendencia a eflorescer La solubilidad es aumentada

ww

PD FC

Figura 19

Desestabiliza la cristalinidad Totalmente soluble: No hay eflorescencia ZEH es un líquido

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Presencia

Actúa internamente Menor eflorescencia

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Ramificación

Aumento de afinidad a superficies metálicas Más actividad superficial

ce.

Baja

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Polaridad

m

5 co T

Angosta

Alta (grupos funcionales, sales metálicas)

l

Incapaz de formar micelas efectivas Actúa como surfactante

JABONES DE ZINC Estructura - Consideraciones de la Propiedad •

La mayoría de los jabones de zinc son solubles en caucho → Actúan como lubricantes intermoleculares

•

Mayor longitud de la cadena HC → Mejor acción surfactante

•

Presencia de insaturación → Mejor dispersabilidad

Muchos jabones de zinc comerciales son mezclas indeterminadas resultantes del "corte" de ácidos grasos naturales usados en la fabricación.

Figura 20

Lubricantes

14

En la Figura 21 se encuentran listados los jabones metálicos de la línea de productos Struktol

Jabones Metálicos en Uso PRODUCTO

C12-C18 saturado

Laurato de zinc Estearato de zinc

C16-C18 insaturado

STRUKTOL A 50 P STRUKTOL A 50 L STRUKTOL A 60

Ramificado Arilo, Alquilo Mezcla Zn, K

ria

l

ESTRUCTURA

STRUKTOL ZEH

STRUKTOL AKTIVATOR 73 STRUKTOL EF 44

5 co T Figura 21

m

Los grupos polares de ciertos ácidos grasos y sus derivados exhiben una alta afinidad a superficies de metal y son fácilmente absorbidos. Esto ha sido notado en evaluaciones de flujo, por medio de la formación de un film en la superficie del metal. Luego de algunos ciclos, hay una mejora en el llenado de la cavidad y se alcanza el equilibrio. Aún niveles bajos de lubricantes pueden, ocasionalmente, conducir a la formación del film. El film es extremadamente delgado (en algunos casos mono molecular) y no puede detectarse mediante el uso de medios analíticos convencionales. Es bastante estable y resiste el cizallamiento relativamente alto.

Como la capa es delgada, se eliminan marcas de flujo o problemas de unión.

ce.

r w. ea

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La formación del film debe facilitar, en teoría, el desmolde, y la alta estabilidad térmica del lubricante debe reducir la contaminación del molde. Sin embargo, este no siempre es el caso en la práctica.

Debido a que la compatibilidad limitada es el factor esencial y determinante para la efectividad de los lubricantes externos, debe eliminarse una sobredosis o de otra manera aparecerá una eflorescencia indeseada.

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Estudios internos, no publicados, con varios lubricantes en diferentes compuestos de goma han demostrado que el nivel crítico de dosis para un solo aditivo puede variar entre menos de 1 phr y más de 5 phr, dependiendo del elastómero.

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PD FC

En la mayoría de los casos la dosis crítica fue alrededor de 2 phr.

La concentración requerida de lubricante, bajo condiciones prácticas, depende de los procedimientos de procesamiento usados y, en particular, del número de otros compuestos incluidos en la formulación y sus niveles de dosis particulares; por lo tanto es necesario verificar la compatibilidad del lubricante elegido para una fórmula específica.

Los aditivos son absorbidos fácilmente por las cargas, por lo tanto se requiere de altas dosis cuando se usan cargas altamente activas o altas cantidades de carga. Ciertos plastificantes pueden reducir la compatibilidad y provocar la eflorescencia de los aditivos.

Lubricantes

15

Procesamiento con Lubricantes Ya que la mayoría de los lubricantes están disponibles en esferas o pastillas, son fáciles de manipular y procesar. Pueden ser pesados sin polvillo y se incorporan fácilmente. En algunos casos se agregan al inicio del ciclo de mezclado, junto con las cargas, para hacer uso de sus efectos dispersantes. Muchos de ellos también pueden ser agregados sobre el final. Debido a sus relativamente bajos puntos de fusión, los productos se ablandarán rápidamente y brindarán una dispersión buena y uniforme.

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l

Cuando se requiere dar mayor importancia al efecto lubricante, los aditivos de procesamiento deben agregarse sobre el final. En la Figura 22 se muestran los efectos de los lubricantes seleccionados, agregados en el primer paso o al finalizar, respectivamente.

5 co T

Dónde agregar Lubricantes en el ciclo de mezcla Flujo en molde espiral Llenado de la cavidad 5

m

4,8

Control

NBR WB 222 #2540

PD FC

Figura 22

NR WB 16 #2554

Adición en el 2º paso

NR A 50 P #2540

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4

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4,2

Adición en el 1º paso

ce.

4,4

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4,6

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Dependiendo de los requerimientos y de la compatibilidad, la dosis varía entre 1 y 5 phr. Usualmente, la dosis mínima es 2 phr. Para un efecto lubricante excepcionalmente alto en compuestos pegajosos, o donde altas velocidades de extrusión y un desmolde fácil son críticos, deben ser útiles niveles de dosis más altos. Esto se aplica también a compuestos con alta incorporación de cargas.

Lubricantes

16

Productos Struktol y sus Usos STRUKTOL WB 222 es un éster de ácidos grasos saturados. Es un lubricante y un agente de despegue altamente efectivo, usado principalmente para elastómeros polares.

STRUKTOL WB 212 está basado en un éster de ácido graso hidrofílico de alto peso molecular. El producto sirve como agente de dispersión para materiales en polvo y tiene excelentes propiedades de despegue.

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STRUKTOL WB 16 es un excelente lubricante, principalmente para cauchos no polares. Como mezcla de jabones de calcio y amidas de ácidos grasos saturados puede exhibir un efecto de activación.

STRUKTOL HPS 11 está compuesto por derivados de ácidos grasos especialmente diseñados para optimizar la interacción entre el polímero y el aditivo. Es efectivo en aumentar la fluidez, promover el desmoldeo y mejorar en general las condiciones de procesamiento.

5 co T

STRUKTOL WB 42, una mezcla de derivados de ácidos grasos, provee una mejora en el flujo en un amplio rango de elastómeros.

m

STRUKTOL WA 48 se usa satisfactoriamente en caucho de epiclorhidrina como un agente de despegue y lubricante efectivo.

ce.

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STRUKTOL W 33 ESCAMAS es un agente dispersante y lubricante para casi todos los elastómeros.

Puede lograrse una incorporación rápida de la carga y eliminación de aglomeración de carga en compuestos altamente cargados.

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STRUKTOL WS 180 y STRUKTOL WS 280 son compuestos de organosilicona que combinan un comportamiento de despegue sobresaliente con buenas propiedades de flujo.

El STRUKTOL WS 180 puede reducir drásticamente la contaminación del molde.

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PD FC

STRUKTOL ZB 47 es una formulación especial de Jabon de Zinc que se puede usar para plastificar compuestos de NR. También ofrece estabilidad al calor(Resistencia a la reversión). Muy efectivo en compuestos de NR cargados con carga mineral.

STRUKTOL A 50 P, A 60 son jabones de zinc de ácidos grasos insaturados. Se usan principalmente como peptizantes físicos en compuestos de NR.

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STRUKTOL W 80 es una mezcla de lubricantes y derivados de ácidos grasos. W 80 confiere plasticidad sobre cargas y otros componentes en polvo.

STRUKTOL EF 44 es una mezcla de derivados de ácidos grasos con predominancia de jabones de zinc. El producto es especialmente adecuado para extrusiones. Actúa como un activador del curado.

STRUKTOL HM 97 es una mezcla de ceras poli etilénicas de baja viscosidad. Es muy recomendada para compuestos de EPDM.

Para mayor información, diríjase por favor a las tablas de aplicación.

Lubricantes

17

Peptizantes Físicos y Químicos La masticación y la peptización son etapas del procesamiento, sobre el molino abierto o en el mezclador interno, en las cuales la viscosidad del caucho se reduce a niveles que facilitan el procesamiento posterior, o aún haciendo factible el procesamiento.

Peptización del Caucho Beneficios •

Mejor dispersión de los compuestos

•

Mezclas de elastómeros mejorada

•

Temperaturas de procesamiento reducidas

•

Propiedades de flujo mejoradas (calandrado, extrusión, moldeado)

•

l

Más rápida incorporación de la carga

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La masticación denota la rotura termomecánica del caucho a temperaturas relativamente bajas. El término incluye reducción de la viscosidad lograda a través del uso de jabones de zinc como lubricantes intermoleculares.

•

Pegajosidad de las mezclas en crudo mejorada

5 co T

Figura 23

Peptización física y masticación se refieren al mismo proceso.

ce.

t an e!

m

La peptización química describe la rotura termo-oxidativa, catalizada, del caucho a (en su mayoría) temperaturas elevadas.

La peptización y la baja viscosidad facilitan la incorporación de cargas y otros ingredientes del compuesto y pueden mejorar su dispersión. Una mejora en el flujo del compuesto lleva a una producción más fácil de semi elaborados como perfiles o pre-formas para moldeo. Se obtienen tiempos de procesamiento más cortos y menor consumo de energía.

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A menudo es difícil el mezclado homogéneo de cauchos con viscosidades muy diferentes. En este caso el caucho de alta viscosidad puede romperse a través de la peptización para permitir un mejor mezclado con el otro elastómero de baja viscosidad.

nu

ww

PD FC

Ya que la mayoría de los cauchos sintéticos de hoy se proveen con distintos niveles de viscosidad, la peptización está restringida principalmente al caucho natural.

Al comienzo del procesamiento del caucho, cuando el caucho natural era el único elastómero disponible, la peptización de este material flexible y de alta viscosidad jugó un rol importante. Los primeros métodos de peptización han sido puramente procesos mecánicos, en otras palabras, la masticación por medio de un rotor eje introducido por Hancock en 1928. De cualquier forma, fue relativamente temprano cuando se descubrieron los productos químicos que catalizan y favorecen la rotura.

Se han hecho muchos intentos para evitar la etapa de reducción de la viscosidad o rotura en el ciclo de mezclado y producir caucho natural con una viscosidad normalizada y que permita que el mismo esté listo para usar.

El método integra la rotura catalítica dentro del proceso de producción. En particular durante los últimos años aumentaron las actividades en este campo para cubrir las demandas de una industria del caucho en busca de una rebaja en los costos de procesamiento.

Struktol Co., bien conocido como productor líder de agentes peptizantes, ha lanzado varios productos peptizantes efectivos. Ellos permiten la rotura del caucho natural durante la producción y el procesamiento y aseguran una dispersión óptima del peptizante en el caucho, por lo tanto se logra una reducción rápida de la viscosidad.

Peptizantes Físicos y Químicos

18

ria

l

Peptización Física del Caucho

5 co T

Figura 24

m

Durante los últimos tiempos los peptizantes físicos han ganado mayor importancia. Ellos actúan como lubricantes internos y reducen la viscosidad sin romper la cadena del polímero. Generalmente los jabones de zinc han demostrado ser muy efectivos en este rol.

ce.

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Uno puede distinguir entre peptización química y rotura o reducción de la viscosidad a través de la lubricación. Mientras la rotura mecánica y química del elastómero dan como resultado una escisión de la cadena, se obtienen un peso molecular más bajo y una distribución de pesos moleculares más ancha.

Los lubricantes no cambian las cadenas moleculares, en otras palabras, no se las rompe.

r w. ea

Durante la rotura mecánica, la larga cadena de moléculas de caucho es rota bajo la influencia de un alto cizallamiento del equipo de mezclado. Se forman fragmentos de cadena con radicales libres como terminales, que se recombinan con moléculas de cadena larga si no están estabilizados. Las cadenas son más cortas, se reduce el peso molecular y la viscosidad cae.

Peptización Física del Caucho Secuencia de Reacción →

R + O2

→

2 ROOH

→

RO• + RH

→

•

Figura 25

Peptización Física del Caucho

ROOH + R•

ROO•

ww

ROO• + RH

nu

PD FC

En las Figuras 25 y 26 se muestra el curso que sigue la rotura de la cadena de poliisopreno.

RO• + ROO• + H2O ROH + R•

Figura 26

Para estabilizar los radicales, estos deben ser capaces de reaccionar con el oxígeno. La afinidad de radicales alilo por el oxígeno depende de otros grupos en la cadena. Los grupos de electrones que se repelen como los del -CH3 aumentan la afinidad. Los grupos de electrones que se atraen fuertemente tales como los de -Cl, -CN y aquellos como los fenilos, que sólo atraen levemente los electrones, no tienen afinidad por el oxígeno. Por lo tanto los radicales ROO• pueden acumularse en la cadena resultando en ramificación y formación de gel. Los grupos peróxido que reaccionan con cadenas de vinilo ramificadas (estructuras 1.2) pueden llevar a uniones entrecruzadas y ciclización, en particular a altas temperaturas.

Peptizantes Físicos y Químicos

19

Se requiere una resistencia en crudo y especialmente una viscosidad suficiente del elastómero para la peptización física, por lo cual las cadenas moleculares pueden romperse durante el cizallamiento en el equipo de mezclado. Los cauchos cristalizables, como el caucho natural, tienen una resistencia en crudo muy alta y por lo tanto pueden romperse más rápidamente.

PD FC

Figura 27

ce.

nu

r w. ea

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m

5 co T

ria

Peptización de NR Reducción de la Viscosidad vs. Temperatura

l

La temperatura es un factor importante en la peptización. Cuando se grafica la rotura de NR vs. la temperatura (Figura 27) puede verse que el efecto es más bajo en el rango de 100 - 130 ºC. Se forma una curva envolvente cerca de las curvas de la masticación termo-mecánica y la rotura termo-oxidativa a temperaturas elevadas. En la práctica, ambos modos de reacción se superponen. Sobre la rotura termo-oxidativa el número de sitios reactivos para reacciones radicales aumenta con la temperatura.

ww

Con cauchos sintéticos, aparte de división de las cadenas ramificadas, ocurre formación de gel. La separación de la cadena causada por cizallamiento mecánico ocurre exclusivamente a bajas temperaturas. Debido al carácter termoplástico de los elastómeros, a mayor cizallamiento menor temperatura. Con temperatura en aumento, la movilidad de las cadenas del polímero aumenta, ellas se deslizan una sobre otra y la entrada de energía y la fuerza de cizallamiento generada caen. La tensión de cizallamiento sobre la rotura puede también estar influenciada por el equipo de mezclado y su puesta en marcha.

La rotura termo-mecánica es intensa en energía y tiene un coeficiente de temperatura negativo.

Peptizantes Físicos y Químicos

20

Como reacción de oxidación, la rotura termo-oxidativa tiene un coeficiente de temperatura positivo (Figura 28), en otras palabras, el efecto aumenta con la temperatura. Aquí la demanda de energía es más baja debido a la plasticidad del elastómero. Mientras la peptización física a bajas temperaturas depende en gran medida de los parámetros de la máquina, la peptización química es acelerada por la temperatura y los catalizadores, en otras palabras, por los agentes peptizantes.

Peptización de NR sin y con Peptizante

5 co T

ria

l

Influencia de la Temperatura y el Tiempo sobre la Viscosidad Mooney

Figura 28

m

Los agentes peptizantes pueden actuar como aceptores de radicales a bajas temperaturas y en ausencia de oxígeno y durante la rotura oxidativa, a través de la formación de radicales primarios, como promotores o como catalizadores de oxidación para la disociación de cadenas de hidroperóxidos formadas espontáneamente.

ce.

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Todos los agentes peptizantes cambian el comienzo de la rotura termo-oxidativa a bajas temperaturas (Figura 28). De los agentes peptizantes usados en los inicios (Figura 29) sólo están disponibles ahora combinaciones de activadores específicos con tiofenoles, disulfuros aromáticos y mezclas de activadores con sales de ácidos grasos.

Por razones ecológicas y toxicológicas los tiofenoles han sido dejados de usar. Para un mejor manipuleo y una dispersión más fácil en el compuesto, los agentes peptizantes son ofrecidos casi exclusivamente como gránulos con ceras de derivados de ácidos grasos como soporte.

Figura 29

nu

ww

PD FC

Agentes Peptizantes Comunes

Los activadores permiten comenzar la rotura a temperaturas más bajas y acelerar la peptización termooxidativa. Ellos son quelatos (complejos) de cetoxima, ftalocianina o acetilacetona con metales como Fe, Co, Ni o Cu; hoy día, se usan casi exclusivamente complejos de hierro. Estos quelatos facilitan la transferencia de oxígeno mediante la formación de complejos de coordinación inestables entre el átomo del metal y la molécula de oxígeno. Esto desune el enlace O-O y el oxígeno se vuelve más reactivo. Debido a la alta efectividad de los activadores o promotores, los agentes peptizantes sólo contienen una pequeña cantidad de ellos.

Recientemente, dispersiones de agentes peptizantes comunes se agregan al látex de NR. Luego de la coagulación se encuentran presentes en el coágulo como dispersiones finas y degradan el caucho hasta la viscosidad deseada en el secado. Para la producción de caucho de baja viscosidad se agregan agentes peptizantes como una dispersión, también se agregan a grumos coagulados de la taza antes de pasar a al molino de masticado.

Peptizantes Físicos y Químicos

21

¿Cuáles son los Beneficios de los Agentes Peptizantes?

Aceleran la peptización (reducen el tiempo de mezclado)

•

Reducen el consumo de energía

•

Promueven la uniformidad batch a batch

•

Facilitan el mezclado de elastómeros

•

Reducen los costos de mezclado

•

Mejoran la dispersión

ria

l

•

5 co T

Los ahorros de tiempo y energía cuando se usan agentes peptizantes pueden llegar hasta el 50 % en el proceso de mezclado. Debido a la alta efectividad de los agentes peptizantes, las dosis son muy bajas y sus costos individuales casi no afectan, comparado con los ahorros de costos de producción que deben obtenerse.

m

Los cauchos sintéticos son más difíciles de peptizar que NR e IR debido a: Número más bajo de dobles enlaces (SBR, NBR)

•

Grupos de electrones que se atraen en la cadena que estabilizan los dobles enlaces (CR, NBR,

r w. ea

SBR)

ce.

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•

Grupos del lado del vinilo que fomentan la ciclización a temperaturas más altas (NBR, SBR, CR)

•

Resistencia en crudo más baja debido a una cristalización defectuosa (NBR, SBR)

nu

•

PD FC

Pero los cauchos sintéticos pueden romperse por medio de agentes peptizantes. Esto, sin embargo, requiere de dosis y temperaturas altos cuando se usan los productos clásicos. Por esta razón, hoy día ellos son peptizados físicamente con sales de ácidos grasos insaturados y es de gran ventaja el hecho de que la cadena del polímero no resulta dañada.

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Caucho Natural de Baja Viscosidad

Actualmente, durante la producción de los grados de caucho natural CV y LV, se usan los agentes peptizantes. Cuando se usa látex, se agrega la dispersión de agentes peptizantes luego de la purificación y antes de la coagulación. Permanece en el coágulo y el caucho se rompe en el secado y en el procesamiento sobre una extrusora usada como rompedora. El agente dispersante que aún no ha sido totalmente utilizado, permanece finamente disperso en el caucho y llevará a una rápida reducción de la viscosidad luego del procesamiento.

Cuando se usan los coágulos de la taza, los grumos purificados son esparcidos con la suspensión de agente peptizante, y el caucho natural se rompe durante el procesamiento sobre las extrusoras antes de ser expulsado. Los procesos son bastante simples y dan buenos resultados cuando las pequeñas cantidades de agentes peptizantes requeridas son medidas exactamente.

En el pasado, se usaron soluciones de sal de sodio de Pentaclorotiofenol, Durante la acidificación del látex la sal finamente distribuida fue precipitada junto con el coágulo.

Peptizantes Físicos y Químicos

22

Procesamiento con Agentes Peptizantes Los agentes peptizantes se agregan al caucho al comienzo del ciclo de mezclado. Como la mayoría de ellos son provistos en forma de pastillas que son incorporadas y dispersadas fácilmente, los masterbatches de peptizantes son escasamente usados hoy día. La dispersión homogénea es imperiosa, o de otra manera puede ocurrir una variación de la viscosidad intra-batch. Mientras fue una práctica común en los primeros tiempos incluir un paso corto de peptización en el ciclo de mezclado antes de la adición de las cargas, hoy día la carga se agrega muy temprano para mejorar el cizallamiento y la rotura. Sin embargo, los promotores son absorbidos por las cargas. Por lo tanto es aconsejable agregar la carga sólo luego de la incorporación del agente peptizante en el caucho.

ria

l

Cuando se mezcla el caucho natural con caucho sintético de menor viscosidad se ha probado que es útil peptizar levemente el caucho natural antes de agregar el caucho sintético.

5 co T

Debido a que los antioxidantes inhiben la rotura oxidativa del caucho, ellos deben agregarse en una etapa tardía durante el procesamiento del caucho natural. Con cauchos sintéticos, una adición temprana del antioxidante puede evitar la ciclización.

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Productos Struktol y sus Usos

ce.

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La línea de productos Struktol incluye peptizantes químicos y físicos. Los peptizantes químicos son predispersiones de un disulfuro aromático combinado con un catalizador organo metálico y otros materiales en un soporte tipo cera a base de un éster de ácido graso

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STRUKTOL A 82 es un peptizante químico que contiene un promotor y es provisto como pastillas fáciles de procesar. Tiene excelentes cualidades dispersantes y brinda la mejor uniformidad dentro del batch y entre batches.

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PD FC

STRUKTOL A 86 combina un peptizante químico y un promotor. Su composición es similar a la del STRUKTOL A 82. Con una concentración más alta de sustancia activa, es más efectivo que el STRUKTOL A 82.

STRUKTOL A 89 es el producto más concentrado y efectivo dentro de la línea de agentes peptizantes. Es una mezcla de un disulfuro aromático, un promotor y un aglutinante a base de un éster de ácido graso

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STRUKTOL A 60, A 50 son jabones de zinc predominantemente de ácidos grasos insaturados. Son peptizantes físicos muy efectivos para caucho natural y poliisopreno sintético. Son usados frecuentemente como lubricantes altamente efectivos con el fin de mejorar las características de procesamiento generales.

STRUKTOL A 91F son jabones de zinc especialmente diseñados para una alta eficiencia, especialmente a altas esfuerzos de corte. Buena estabilidad al calos(Resistencia a la reversión).

Peptizantes Físicos y Químicos

23

Peptizantes Químicos vs. Físicos (phr) Viscosidad Mooney ML 100 ºC (1' + 4')

50 # 1847

40 30

l

20

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10 0 STRUKTOL A 86 (0,2)

6 min

Figura 30

9 min

STRUKTOL A 50 P (3)

STRUKTOL A 60 (3)

5 co T

STRUKTOL A 82 (0,8)

12 min

15 min

t an e!

m

La Figura 30 muestra la influencia de agentes peptizantes químicos y físicos sobre la rotura, medida como la viscosidad Mooney, de caucho natural (RSS No. 1) en un mezclador interno de laboratorio de 1 litro a 65/49 r.p.m. y una temperatura de inicio de 90 ºC. Las muestras para la prueba Mooney fueron tomadas luego de 6, 9, 12 y 15 minutos.

ce.

nu

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PD FC

r w. ea

Cuando se usan peptizantes físicos a niveles de dosis más altos que para los peptizantes químicos, se obtienen resultados similares. El RSS No. 1 crudo tiene una viscosidad Mooney de 104.

Peptizantes Físicos y Químicos

24

Agentes Homogeneizantes Los agentes homogeneizantes son productos que mejoran la homogeneidad de mezclas de elastómeros, y también ayudan a la incorporación de otros compuestos (Figura 31). Debido a su uso, se reduce la variación de la viscosidad intra-batch y batch a batch.

Agentes Homogeneizantes En Mezclas de Elastómeros mejoran la homogeneidad del compuesto mejoran la firmeza del batch reducen energía/tiempo para completar el mezclado mejoran la tersura del stock normalizan las características de procesamiento (extrusión, calandrado, etc.)

• mejoran la pegajosidad • mejoran la dispersión de la carga

ria

l

• • • • •

5 co T

En Compuestos de Homopolímero • • • • •

reducen el nervio mejoran la uniformidad del procesamiento mejoran la pegajosidad mejoran la dispersión de la carga alisan stocks rugosos

ce.

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Debido a las excelentes propiedades de humectación de los agentes Figura 31 homogeneizantes, las cargas son incorporadas a una velocidad más rápida y son distribuidas más uniformemente.

Las aglomeraciones de la carga pueden ser evitadas frecuentemente.

m

Son mezclas a base de resinas que exhiben una buena compatibilidad con varios elastómeros y facilitan la mezcla a través de ablandamiento y humectación tempranos de las interfaces del polímero. Ya que la resinas de ablandamiento exhiben una cierta pegajosidad, los polímeros que tienden a desmenuzarse y las mezclas de polímeros se unirán más rápidamente, la entrada de energía se mantiene en un nivel alto, en otras palabras, el mezclado es más efectivo y los tiempos de mezclado a menudo pueden reducirse.

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Aparte de sus efectos compactantes los homogeneizantes llevan a mejorar la resistencia en crudo cuando se usa como un reemplazo parcial del aceite de proceso, y se facilita el flujo del compuesto a través de una homogeneidad mejorada y un cierto efecto de ablandamiento. Aumentan la pegajosidad en crudo de muchos compuestos y mejoran la eficiencia de agentes de pegajosidad.

PD FC

Los agentes homogeneizantes promueven La mezcla de elastómeros

•

La uniformidad batch a batch

•

La incorporación y dispersión de la carga

•

El acortamiento de los tiempos de mezclado

•

Ahorros de energía

•

La pegajosidad de la mezclas en crudo

ww

•

A mayor diferencia en el parámetro de solubilidad y/o en la viscosidad de cada elastómero componente en una mezcla, más difícil es producir una mezcla homogénea (Figura 32). Las mezclas de plastificantes, cada uno compatible con diferentes elastómeros, pueden, en teoría, ser efectivas en mejorar la homogeneidad de la mezcla, siempre que tengan una viscosidad suficientemente alta como para mantener un alto cizallamiento en el mezclado. Los plastificantes tienen la desventaja de ser propensos a migrar y eflorescer. Por lo tanto, son más frecuentemente usadas mezclas de productos de pesos moleculares más altos como las resinas.

Agentes Homogeneizantes

25

Parámetros de Solubilidad de Elastómeros y Plastificantes Elastómero

Plastificante

Agente Homogeneizante

AU, EU 11.0 NBR (alto ACN)

Eteres polares Esteres altamente polares

NBR (med ACN) STRUKTOL 40 MS Homogeneizante

NBR (bajo ACN)

l

Esteres polares bajos 10.0

ria

CR Aromático SBR NR BR IIR

STRUKTOL 60 NS Homogeneizante

EPDM

Parafínico

9.0 EPM

Figura 32

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m

8.0

5 co T

Nafténico

ce.

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Las resinas homogeneizantes son, en sí mismas, mezclas complejas, y contienen partes que son compatibles con estructuras alifáticas y aromáticas en una mezcla.

Compuestos Resinosos

PD FC

Resinas cumaronas

ww

Resinas de petróleo

APLICACIÓN

nu

RESINA

Incorporación de la carga Agente de pegajosidad Reducción de viscosidad Incorporación de la carga Agente de pegajosidad

Polímeros de refuerzo

Alta dureza

Asfalto, bitumen, alquitrán

Incorporación de la carga Reducción de viscosidad Agente de pegajosidad

Lignina

Refuerzo Incorporación de la carga

Colofonias

Emulsificante Agente de pegajosidad

Resinas de fenol formaldehído

Agente de pegajosidad Resina reforzante Resina de curado

Figura 33

Agentes Homogeneizantes

26

Los compuestos resinosos y las materias primas potenciales para uso como resinas homogeneizantes (Figura 33) pueden ser divididos en: Resinas de hidrocarburos que incluyen resinas cumarona-indeno, resinas de petróleo, resinas de terpeno, bitúmenes, alquitrán y copolímeros, como polímeros de refuerzo de alto contenido en estireno y Colofonias, sus sales, ésteres y otros derivados, Resinas fenólicas de varias clases como resinas de alquilfenol/formaldehído, productos de condensación del alquilfenol y del acetileno, lignina y modificaciones de la misma, por nombrar algunas.

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Las resinas cumarona, producidas a partir de alquitrán de hulla, fueron las primeras resinas sintéticas usadas como aditivos de procesamiento, debido a su habilidad para actuar como agentes dispersantes mejorando la incorporación de la carga, y como agentes de pegajosidad. Son polímeros aromáticos típicos que consisten principalmente de poliindeno. Los elementos estructurales de estos copolímeros son (Figura 34) metilindeno, cumarona, metilcumarona, estireno y metilestireno. El rango de fusión de estos productos está entre 35 y 170 ºC.

Figura 34

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Resinas Cumarona - Miembros Estructurales

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Las resinas de petróleo son productos relativamente económicos usados, a menudo, en dosis bastante altas, hasta 10 phr y más. Son polímeros producidos del corte C5 de aceites minerales altamente craqueados. Las resinas de petróleo son relativamente saturadas y también disponibles con un alto contenido de estructuras aromáticas. Los grados con un bajo contenido de compuestos aromáticos tienen un efecto plastificante más fuerte. Los grados altamente saturados son usados por la industria de la pintura. Aparte del ciclopentadieno, diciclopentadieno y sus derivados metilados ,se encuentran en estas resinas estireno, metilestireno, indeno, metilindeno y homólogos más altos de isopreno y piperileno.

Esto debe explicar su alta compatibilidad con diferentes elastómeros.

Los copolímeros como los masterbatches de resinas de alto contenido en estireno se usan para compuestos de alta dureza. Mientras que el poliestireno recto difícilmente puede ser procesado en compuestos de caucho, los copolímeros de estireno y butadieno con alto contenido de estireno han probado su mérito.

El polioctanómero (Vestenamer), producido a través de una reacción de descomposición doble a partir de ciclooctano, es otro polímero útil para vulcanizados de alta dureza. Debido a su carácter termoplástico es un elastómero fácil de procesar y de reticular que ha ganado importancia.

Agentes Homogeneizantes

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Ha sido usado donde la resistencia en crudo y la estabilidad dimensional de los extrudados son de importancia, la alta cristalinidad de Vestenamer brinda una buena rigidez debajo de la Tg, cuando es derretido, Vestenamer tiene una baja viscosidad y puede contribuir para con las características de flujo del compuesto.

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Resinas de Terpeno - Constituyentes Principales

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Figura 35

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Las resinas de terpeno son muy compatibles con el caucho y producen una alta pegajosidad. Sin embargo, son usadas principalmente para adhesivos. Los polímeros son a base de α- y β- pineno. El anillo de ciclobutano está abierto durante la polimerización y se forman compuestos polialquilatados (Figura 35). Las resinas de terpeno mejoran el funcionamiento y la resistencia al envejecimiento contra la oxidación de los cauchos.

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El asfalto y el bitumen son productos usados desde los comienzos del procesamiento del caucho. Su efecto de pegajosidad no es muy distinguible. Son productos relativamente económicos. Mientras el asfalto es un producto surgido naturalmente, el bitumen es producido a partir de los residuos de la producción de aceite mineral. El bitumen soplado, oxidado con el propósito de lograr puntos de solidificación, se conoce también como caucho mineral y es un buen aditivo de procesamiento, por ejemplo, en compuestos que tienen un alto porcentaje de polibutadieno y que por lo tanto son difíciles de procesar. El caucho mineral es usado exitosamente también para mejorar la resistencia al aplastamiento de las extrusiones.

Agentes Homogeneizantes

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Las colofonias son productos naturales obtenidos del árbol de pino. Son mezclas de sustancias orgánicas, en su mayoría ácidos doblemente insaturados, como el ácido abiético, ácido pimárico y sus derivados (Figura 36). Con el propósito de reducir la sensibilidad a la oxidación, las resinas están parcialmente hidrogenadas o desproporcionadas. Su acidez tiene un leve efecto retardante. Se dice que la resistencia a la abrasión es mejorada, en particular la de SBR. El ácido de colofonia es ampliamente usado (como una sal) en la producción de cauchos sintéticos (SBR) debido a sus propiedades emulsificantes.

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Acidos de Colofonia

Figura 36

Agentes Homogeneizantes

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Las resinas fenólicas (Figura 37) son usadas principalmente como agentes de pegajosidad, resinas de refuerzo, resinas de curado y en adhesivos.

La lignina tiene una estructura compleja a base de varios fenoles sustituidos que están unidos, en parte, por medio de unidades de hidrocarburos alifáticos. Como sub-producto de la industria celulosa y especialmente de la industria papelera está disponible en grandes cantidades y tiene un buen costo. A menudo fue usado para suelas de zapato donde mejoraba la incorporación y la dispersión de altas cantidades de carga mineral.

Figura 37

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Síntesis (simplificada) De Agentes de Pegajosidad Alquilfenol

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Los agentes homogeneizantes modernos son mezclas de resinas sintéticas no endurecedoras de distintas polaridades, compatibles con caucho. Con su composición específica, promueven la homogeneización de elastómeros que difieren en peso molecular, viscosidad y polaridad. Son también herramientas valiosas para compuestos de homopolímeros.

Como un ejemplo, debe mencionarse el uso de un agente homogeneizante bien conocido, STRUKTOL 40 MS ESCAMAS, en compuestos de butilo que, como se sabe, son difíciles para procesar. La dispersión de la carga, la adhesión de los empalmes, las propiedades físicas y la impermeabilidad son mejoradas significativamente a través del uso de esta resina.

Procesamiento con Agentes Homogeneizantes Los agentes homogeneizantes se agregan usualmente al comienzo del ciclo de mezclado, particularmente cuando se usan mezclas de elastómeros. Exhiben una efectividad óptima cerca de su temperatura de ablandamiento.

La dosis recomendada es entre 4 y 5 phr. Elastómeros difíciles de mezclar requerirán una adición de 7 a 10 phr.

Agentes Homogeneizantes

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Productos Struktol y sus Usos STRUKTOL 40 MS y STRUKTOL 40 MS ESCAMAS son mezclas de resinas de hidrocarburos aromáticos oscuras que presentan una muy buena compatibilidad con la mayoría de los elastómeros convencionales, tales como SBR, NR, NBR, CR, IIR, CIIR, BIIR, EPDM y BR y son usados en mezclas de elastómeros y en compuestos de homopolímero. El mezclado de elastómeros con diferentes polaridades y/o viscosidades se ve facilitado significativamente. En particular compuestos para cámaras de neumáticos y cojines internos que son difíciles de procesar, han sido mejorados significativamente con STRUKTOL 40 MS FLAKES.

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STRUKTOL 60 NS y STRUKTOL 60 NS FLAKES son mezclas de resinas de hidrocarburos alifáticos de color claro. Son diseñadas para compuestos de color claro donde un no-manchado está especificado. Su acción es comparable con las de STRUKTOL 40 MS y STRUKTOL 40 MS ESCAMAS. Los productos han probado su importancia, en particular, en compuestos basados en mezclas NBR/EPDM.

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STRUKTOL TH 20 ESCAMAS es una mezcla de resinas de hidrocarburos alifáticos y aromáticos.

Tiene buenas propiedades homogeneizantes y mejora significativamente la pegajosidad de las mezclas en crudo. STRUKTOL TH 20 FLAKES es un producto oscuro. Su compatibilidad con todos los elastómeros convencionales es excelente.

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STRUKTOL TH 64 es una mezcla de resinas de bajo peso molecular. Se usan como agentes de pegajosidad para elastómeros natural y sintéticos para conferir pegajosidad persistente en el tiempo.

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STRUKTOL STRUKREZ 110 es una mezcla de resinas poliméricas. Facilitan la mezcla de elastómeros de diferentes polaridades y viscosidades.

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STRUKTOL STRUKREZ 220 es una mezcla de resinas seleccionadas por sus propiedades para mejorar la procesabilidad de los polímeros. El Strukrez 220 mejora la pegajosidad en crudo.

Agentes Homogeneizantes

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Agentes de Dispersión

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Dado que los agentes de dispersión son generalmente derivados de ácidos grasos, pueden ser considerados como un subgrupo dentro de los lubricantes. La propiedad principal, sin embargo, es la dispersión. En particular ellos mejoran la dispersión de componentes sólidos. Reducen el tiempo de mezclado y tienen una influencia positiva sobre las siguientes etapas del procesamiento. Los agentes dispersantes poseen propiedades de humectación distinguibles. A menudo son ésteres de ácidos grasos menos polares. Debido a que generalmente es deseable una combinación de propiedades dispersantes y una buena lubricación los agentes disponibles en el mercado son, ocasionalmente, mezclas de ácidos grasos de alto peso molecular y jabones metálicos. La mayoría de los productos del mercado se ofrecen como "agentes dispersantes y lubricantes" y no están listados separadamente en las listas de productos.

Su modo de acción ya ha sido descripto en el capítulo de lubricantes.

Procesamiento con Agentes Dispersantes

Productos Struktol y sus Usos

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Los agentes dispersantes se agregan usualmente junto con las cargas. La forma del producto y su baja temperatura de fusión facilitan la incorporación. Cuando las cargas se agregan en dos pasos, los agentes dispersantes deben agregarse al comienzo. La dosis de estos productos está entre 1 y 5 phr.

Debido a su alta efectividad, sin embargo, dosis bajas a menudo serán suficientes. Incorporaciones de carga muy altas requerirán dosis más altas.

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STRUKTOL W 34 ESCAMAS, una mezcla de ésteres de ácidos grasos y jabones metálicos sobre un soporte inorgánico, se suministra en pastillas. Las cargas son incorporadas y dispersadas rápidamente, particularmente cuando deben procesarse grandes cantidades. Se evitan las aglomeraciones y se mejora significativamente la uniformidad batch a batch. Su acción lubricante conduce a ciclos de mezclado acortados, menor consumo de energía y menores temperaturas de mezclado. Se facilita el procesamiento intermedio y se mejora el despegue. El STRUKTOL W 34 ESCAMAS se usa predominantemente en NR, SBR, EPDM, CR, CSM y ACM.

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STRUKTOL D5 es una mezcla de ésteres de ácidos grasos naturales y jabones metálicos, suministrado en forma de pastillas marrones. Mientras su principal beneficio es la mejora en la dispersión, STRUKTOL D5 también tiene un espectro de aplicación similar al del STRUKTOL W 34 ESCAMAS. Es compatible con todos los elastómeros comunes.

Agentes Dispersantes

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Agentes de Pegajosidad

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Como la mayoría de los cauchos sintéticos son menos pegajosos que el caucho natural, a menudo es necesario agregar sustancias de pegajosidad. Esto debería conducir a mejorar la adhesión de los pliegues crudos (pegajosidad de las mezclas en crudo) durante el armado y mejorar la unión entre las superficies en contacto. Se usan también en compuestos de caucho natural "seco" altamente cargado.

Le deben dar a los compuestos de caucho un alto grado de pegajosidad, que se mantiene durante el almacenamiento y facilita el procesamiento a través de una reducción de la viscosidad. Por otro lado, los compuestos no deben pegarse al equipo de procesamiento, ni llevar a la obtención de vulcanizados pegajosos. Las propiedades físicas y el comportamiento de envejecimiento no deben ser afectados adversamente. La pegajosidad no debe ser reducida por componentes como las ceras.

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Desafortunadamente, el mecanismo de pegajosidad de los compuestos de caucho no es totalmente entendido. Las teorías actuales son insatisfactorias.

El ensayo de la pegajosidad por medio de métodos de laboratorio es problemático. La mayoría de los tests realizados en la corteza miden la adhesión en tensión, no se diferencian suficientemente y fallan cuando se involucra una leve cohesión. Además, la reproducción de estos métodos de prueba es pobre.

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Los agentes de pegajosidad son productos que ocasionalmente deben actuar como agentes homogeneizantes (que han sido discutidos previamente). Comprenden colofonia, resinas cumaronaindeno, resinas de alquilfenol-acetileno y alquilfenol-aldehído. Otras resinas de hidrocarburos como resinas de petróleo, resinas de terpeno, asfalto y bitumen también pueden incluirse, aunque su efectividad no es mayormente alta. Ocasionalmente se usan resinas alquídicas.

Los agentes de pegajosidad de resinas fenólicas son resinas novolaca polialquilatadas termoplásticas.

Los sustituyentes p- son grupos alquilo C4 a C12, sin embargo, son mayormente grupos C8 o C9. El tamaño y la configuración de los sustituyentes controlan la compatibilidad de la resina.

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A mayor compatibilidad entre el elastómero y la resina, menor es la viscosidad del compuesto y se mejora el flujo en la interface entre los pliegos. Los pesos moleculares son, en general, del orden de los 600 a 1800 y el rango de fusión está entre 80 y 110 ºC. La dosis es, usualmente, de 3 a 5 phr.

La resina más conocida es Koresin, un producto de adición polimérica de p-terc. butilfenol y acetileno.

Su efectividad está influenciada marginalmente por el calor, la humedad y el oxígeno atmosférico.

Tiene un punto de fusión excepcionalmente alto, aproximadamente de 130 ºC. Se dice que las resinas de alquilfenol introducidas más recientemente son casi tan altamente efectivas y menos sensibles a las ceras o lubricantes.

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Las resinas de xileno-formaldehído son agentes de pegajosidad altamente efectivos, con buenas propiedades plastificantes, que mejoran la unión, por ejemplo, en el moldeo por inyección. Son conocidas desde hace un largo tiempo pero, debido a sus altas viscosidad y pegajosidad, no son muy populares.

Por lo tanto son ofrecidas también como líquidos secos.

Procesamiento con Agentes de Pegajosidad Las resinas que tienen un punto de fusión alto deben agregarse tempranamente en el ciclo de mezclado con el propósito de garantizar el derretimiento y una dispersión suficiente. Las resinas blandas pueden agregarse junto con las cargas para hacer uso de sus propiedades de humectación y dispersión. Una adición relativamente tardía puede ser útil para una pegajosidad de las mezclas en crudo. Las resinas de alta viscosidad son precalentadas ocasionalmente para un fácil manipuleo.

Los niveles de dosis normales pueden variar entre 3 y 15 phr.

Agentes de Pegajosidad

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Productos Struktol y sus Usos STRUKTOL TS 30 y STRUKTOL TS 35 son resinas blandas alifático-aromáticas que presentan una efectividad distintiva como agentes de pegajosidad, y exhiben buenos efectos plastificantes. Acentúan significativamente la pegajosidad de las mezclas en crudo de compuestos a base de caucho sintético, tales como SBR, BR, NBR y CR, suministran una incorporación de la carga y una dispersión mejoradas y tienen una resistencia a las extracción por medio de hidrocarburos alifáticos y aceites minerales relativamente buena. STRUKTOL TS 30 es una pasta amarilla y STRUKTOL TS 35 es un líquido viscoso levemente coloreado. Ambos productos están disponibles como líquidos secos para un fácil manipuleo.

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STRUKTOL TS 50, una resina aromática sintética, fue desarrollada específicamente para compuestos de EPDM, que son conocidos por su falta de pegajosidad de las mezclas en crudo. El producto se suministra como una pasta marrón-amarilla en sachets de PE prepesados para un fácil uso.

Agentes de Pegajosidad

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Plastificantes Aunque los plastificantes representan un gran grupo separado de los otros componentes, pueden ser considerados también como aditivos de procesamiento. No sólo modifican las propiedades físicas del compuesto y del vulcanizado, sino que también pueden mejorar el procesamiento, tal como se muestra en la Figura 38.

Influencia de los Plastificantes

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Menor dureza Elongación más alta Vida flexible mejorada Mejor comportamiento a baja temperatura Tendencia al hinchamiento Resistencia a la llama Comportamiento antiestático

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Sobre las propiedades físicas

Sobre el procesamiento

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Menor viscosidad Incorporación más rápida de la carga Más fácil dispersión Menor demanda de energía y menos generación de calor durante el procesamiento Mejor flujo Mejor despegue Mejor pegajosidad de las mezclas en crudo.

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Figura 38

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Como modificador de propiedades en compuestos de caucho, los plastificantes pueden reducir el punto de transición de segundo orden (punto de transición vitrea) y el módulo de elasticidad. Como resultado, se mejora la flexibilidad en frío. El módulo estático y la resistencia a la tracción son disminuidos en la mayoría de los casos y, correspondientemente, resulta una elongación a la rotura más alta. Plastificantes especiales brindan un retardo de la llama, propiedades antiestáticas, pegajosidad de las mezclas en crudo o permanencia.

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El efecto de ablandamiento de los plastificantes lleva mayormente a una mejora del procesamiento a través de incorporación de la carga y dispersión facilitadas, menores temperaturas de procesamiento y mejores propiedades de flujo.

Los plastificantes actúan sobres los elastómeros a través de su poder solvente o de hinchamiento.

Pueden dividirse en dos grupos: Plastificantes primarios o verdaderos que tienen un efecto solvente y plastificantes secundarios o diluyentes que no son solventes y actúan como diluyentes.

Es práctica común dividir a los plastificantes en aceites minerales y plastificantes sintéticos. Los aceites minerales, subproductos de la industria de aceites lubricantes, tienen la mayor porción del mercado como plastificantes relativamente baratos, que son usados en gran escala en compuestos para neumáticos y productos de caucho en general, para reducir los costos. A altos niveles de dosis permiten cantidades de carga más altas. Los aceites minerales se dividen en parafínicos, nafténicos y aromáticos. Todos exhiben una alta compatibilidad con los cauchos de dieno poco polares o no polares.

Plastificantes

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La compatibilidad de los plastificantes con el elastómero es de gran importancia para su óptima efectividad. Está determinada en gran medida por la polaridad relativa del polímero y del plastificante.

Una mezcla homogénea y estable del plastificante y el elastómero se logra cuando sus polaridades son casi la misma. En cualquier caso, se requiere una compatibilidad suficiente para lograr la procesabilidad y las propiedades físicas requeridas sin problemas de separación, que pueden ser observados en forma de exudación o eflorescencia o volatilidad o esfumado durante el procesamiento.

La Figura 39 lista diferentes elastómeros y plastificantes de éster de acuerdo a su polaridad, que facilita la selección del plastificante adecuado.

Elastómero

Plastificante

ALTO

NBR, ACN muy alto

Fosfato

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AU, EU NBR ACNalto

Esteres aromáticos de dialquiléter Diésteres de dialquiléter

NBR, ACN medio ACM, AEM

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Esteres tricarboxílicos Plastificantes poliméricos Diésteres de poliglicol Diésteres de alquil alquiléter Diésteres aromáticos Triésteres aromáticos

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Diésteres alifáticos Esteres epoxidizados

Monoésteres de alquiléter Monoésteres alquilo

BAJO

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PD FC Figura 39

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CO, ECO CSM CR NBR, ACN bajo CM HNBR SBR BR NR Halo-IIR EPDM EPM IIR FKM Q

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No se incluyen los aceites minerales. Entre ellos los productos aromáticos tienen una polaridad más alta mientras que los parafínicos son prácticamente no polares.

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Los elastómeros líquidos son plastificantes que pueden ser vistos como aditivos de procesamiento.

Ellos se reticulan durante la vulcanización y no pueden extraerse. Las propiedades del vulcanizado son insignificantemente cambiadas.

Entre los plastificantes sintéticos, los ésteres son del tipo más ampliamente usado. Por razones de costo y de compatibilidad son usados principalmente en cauchos polares. Su función principal es modificar las propiedades, más que mejorar el procesamiento. En muchos casos mejoran la flexibilidad a baja temperatura y la elasticidad de los vulcanizados. Son usados preferentemente en NBR, CR y CSM.

Plastificantes

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Los plastificantes de éster pueden dividirse en plastificantes para propósito general y plastificantes especializados que, con la más reciente modificación de propiedades se han vuelto más importantes.

Tales propiedades son: Flexibilidad en frío

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Resistencia al calor

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Resistencia a la extracción

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Retardante de la llama

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Comportamiento antiestático

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De los plastificantes de éster monoméricos, los ésteres de ácido ftálico representan al grupo más grande, ya que son relativamente económicos. La longitud de la cadena de carbono de los componentes alcohol va desde C4 a C11, y a menudo se usan mezclas de alcoholes en el proceso de esterificación.

El número de átomos de C y el grado de ramificación determinan las propiedades de los ésteres. Un número grande de átomos de C reduce la compatibilidad, volatilidad y solubilidad en agua. Empeora la procesabilidad y mejora la solubilidad en aceite, la viscosidad y la flexibilidad en frío. Un alto grado de ramificación conduce a un comportamiento pobre a baja temperatura, volatilidad más alta, oxidación más simple y resistividad más alta.

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Los plastificantes que mejoran, en particular, el comportamiento a baja temperatura y la elasticidad de los vulcanizados, son los diésteres alifáticos de ácidos glutárico, adípico, azeládico y sebácico. Ellos son mayormente esterificados con alcoholes que tienen cadenas ramificadas, tales como 2-Etilhexanol o isodecanol. Los oleatos y tioésteres son usados comúnmente en CR. Los ésteres a base de trietilénglicol y tetraetilénglicol o éteres de glicol de ácidos adípico y sebácico y tioéteres, son usados como plastificantes de baja temperatura en NBR y CR. Se dispone de una amplia variedad de plastificantes de baja temperatura, mientras que las diferencias en efectividad a menudo son insignificantes. La elección se determina finalmente por propiedades como la volatilidad o la compatibilidad.

Los vulcanizados resistentes al calor requieren plastificantes que tengan una volatilidad baja. Debe notarse que la volatilidad del producto puro no es decisiva, sino que lo es la volatilidad del vulcanizado, que depende de la compatibilidad y la migración.

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Los plastificantes particularmente adecuados para elastómeros polares son, por ejemplo, los trimelitatos o ésteres de pentaeritritol, ésteres poliméricos y poliéteres aromáticos, que actúan también como agentes de pegajosidad. En comparación con los plastificantes de ésteres comunes, su procesabilidad es más dificultosa. Los ésteres poliméricos exhiben, especialmente, una notable resistencia a la extracción con aceites y solventes alifáticos. Este grupo de plastificantes ha probado su uso en vulcanizados resistentes al calor a base de elastómeros térmicamente estables como HNBR, ACM y CSM. Los plastificantes de ésteres retardantes de la llama juegan un papel relativamente importante, ya que los productos que contienen halógenos, como las parafinas cloradas, no están permitidas para su uso.

Los ésteres de fosfato se usan a menudo. Varios grupos están comercialmente disponibles, permitiendo una correcta elección con respecto a la resistencia al calor o al comportamiento a baja temperatura.

Ellos son ésteres alquilo, arilo y mezclados.

Los plastificantes antiestáticos son otro grupo importante. Debido a que tienen una compatibilidad limitada, se acumulan en la superficie del vulcanizado y reducen la resistencia superficial. Los representantes mejor conocidos de este grupo son los ésteres y éteres de poliglicol.

Plastificantes

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Procesamiento de los Plastificantes La incorporación de los plastificantes, a niveles de dosis moderados, sobre molinos de dos rodillos o en el mezclador interno, es relativamente fácil. Actúan dispersamente durante la incorporación de la carga y al mismo tiempo se reduce la viscosidad del compuesto y, consecuentemente, la temperatura de procesamiento. Los compuestos que contienen plastificantes obtienen, generalmente, mezclas con una mejor pegajosidad en crudo y un mejor comportamiento de extrusión.

En general, los plastificantes sintéticos tienen muy poca influencia sobre la vida en almacenamiento o la seguridad de prevulcanización de los compuestos.

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Productos Struktol y sus Usos

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La lista de productos de Schill & Seilacher consiste de un número de plastificantes especializados. Los productos se muestran en la tabla de aplicación.

Plastificantes

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Preparados

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Algunos ingredientes del compuesto son difíciles de incorporar y dispersar durante el mezclado, por ejemplo, un alto punto de fusión o la aglomeración del ingrediente causarán problemas. Otros ingredientes son altamente activos y son agregados sólo en pequeñas cantidades. En estos casos puede usarse un sistema dispersante para producir una preparación o mezcla con un comportamiento del proceso significativamente mejorado.

Algunos productos químicos para caucho, tales como algunos acelerantes, exhiben una estabilidad de almacenamiento limitada, otros son sensibles a la humedad (CaO) o a la oxidación. Estos son protegidos por medio de aglutinantes o recubrimientos.

Frecuentemente los productos químicos son polvos que son difíciles de manejar y dispersar. Pueden cargarse electrostáticamente y, como resultado, la incorporación será más dificultosa. Los polvos son indeseables por razones toxicológicas y ecológicas y esto ha llevado rápidamente al uso de aglutinantes y agentes dispersantes en la industria química. Generalmente los preparados son polvos recubiertos, gránulos y masterbatches y raramente son pastas.

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Los polvos fáciles de procesar son, en su mayoría, mezclas de productos químicos de tamaño de partícula fina con aceite y/o agentes dispersantes. Las mezclas muy homogéneas son no polvorientas, fáciles de manipular y pesar y pueden dispersarse fácil y uniformemente en el compuesto. El aceite y el agente dispersante pueden tener también una función de protección del producto químico.

Los gránulos de productos químicos son usados ampliamente porque son fáciles de manipular. La forma más simple son gránulos obtenidos a través de fusión de productos químicos puros de bajo punto de fusión.

Los gránulos son, a menudo, mezclas de productos químicos y varios aglutinantes. Ceras, aceites, látex, derivados de ácidos grasos y elastómeros, se usan como aglutinantes.

Las formas de los gránulos son microperlas, macroperlas, pastillas, cilindros, esferas, cubos y gránulos comprimidos.

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En la mayoría de los gránulos los productos químicos están muy finamente dispersos por lo que se garantiza una dispersión sobresaliente en el compuesto. Las ventajas adicionales de los gránulos son que están libres de polvillo, son fáciles de pesar, en particular en pesado automático, tienen buena estabilidad y una rápida dispersión, lo que puede reducir el tiempo de mezclado y la generación de calor.

Los masterbatches tradicionales, producidos a menudo por la misma industria del caucho a partir de productos químicos y un elastómero adecuado, han perdido su importancia con la introducción de gránulos unidos a elastómeros, que se producen como una línea de productos separada.

Las pastas son raramente usadas hoy, ya que son difíciles de manipular.

Los beneficios que pueden obtenerse de los preparados están remarcados en la Figura 40, donde se compara la dispersión de azufre soluble e insoluble con una alternativa tratada con aceite y preparados.

Preparados

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Superior dispersi贸n de los preparados de azufre STRUKTOL

Azufre soluble convencional

Azufre insoluble tratado con aceite

Preparaci贸n STRUKTOL de azufre soluble

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Azufre insoluble convencional

Preparaci贸n STRUKTOL de azufre insoluble

Preparaci贸n STRUKTOL de azufre soluble/insoluble

Figure 40 Preparados

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Productos Struktol y sus Usos Struktol ha desarrollado un número de preparados especiales fáciles de procesar, a base de óxidos metálicos y azufre, que pueden ser difíciles de dispersar. Son suministrados como pastillas o polvos.

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Preparados de Oxido Metálico La línea de productos incluye preparados de óxido de zinc, peróxido de zinc y óxido de magnesio. Son gránulos y polvos del producto químico respectivo y del agente dispersante, que brindan una estabilidad de almacenamiento mayor, un pesado más fácil, mejor manipuleo, excelente dispersión y están libres de polvillo. Contribuyen a un procesamiento más fácil y a una mejor uniformidad batch a batch. Debido a su rápida incorporación, los ciclos de mezclado pueden acortarse y consecuentemente, puede minimizarse la historia térmica de los compuestos. La lista de productos puede encontrarse en la tabla de aplicación.

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Preparados de Azufre Se sabe que el azufre causa problemas de dispersión en los compuestos de caucho. Sin embargo, es importante distinguir entre azufre soluble, insoluble y coloidal, todos los cuales son usados.

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El azufre coloidal, producido a través del molido en molinos coloidales o de la precipitación de azufre de soluciones coloidales, es un material de tamaño de partícula muy fina, muy adecuado para compuestos de látex. Sedimenta escasamente y puede ser muy bien dispersado.

En compuestos de caucho sólido se usa mayormente el azufre natural, soluble, molido y de alta pureza (99.5% min.). Se usa preferentemente una partícula de tamaño medio que es fácil de dispersar.

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En la mayoría de los casos los compuestos de caucho contienen más azufre del que es soluble en el respectivo elastómero a temperatura ambiente. Usualmente, sin embargo, se logra una disolución completa durante el mezclado cuando la temperatura de mezclado es lo suficientemente alta como para derretir el azufre. Durante el enfriamiento se forma una solución supersaturada en el compuesto, como fuente de cristales de azufre visible en la superficie luego de la migración.

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La cristalización ocurre una vez que se alcanza el límite de solubilidad. La velocidad de migración depende del contenido de carga y del elastómero. Compuestos altamente cargados exhiben una velocidad de migración más baja. Significativamente, más azufre es soluble en NR y SBR que en NBR, EPDM o IIR.

Preparados

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Esto explica el largo tiempo de mezclado requerido para el azufre en IIR. Diferencias en la solubilidad y velocidad de migración pueden traer problemas cuando las mezclas de elastómeros se almacenan durante largos períodos de tiempo. Las mezclas de NR/BR o SBR/BR pueden mostrar una reducción de la resistencia a la tracción y de la elongación a la rotura, cuando la vulcanización se realiza después de un prolongado almacenamiento. (Figura 41)

Figura 41

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Resistencia a la Tracción vs. Tiempo

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Ya que el azufre es menos soluble en BR y su velocidad de difusión es más alta que en NR o SBR, pueden formarse cristales romboidales de azufre relativamente grandes en la fase BR. Por lo tanto es aconsejable retrabajar intensamente esas mezclas, luego de almacenamiento prolongado y antes de que se realice el moldeado, y la vulcanización debe ocurrir tan pronto como sea posible. Con el propósito de contrarrestar efectivamente estos problemas, se usa azufre insoluble en lugar de azufre molido, cuando el nivel de dosis está por encima del límite de solubilidad del azufre. El beneficio del azufre insoluble es que es insoluble en caucho, no migra y no produce eflorescencia.

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PD FC

El azufre insoluble se produce fundiendo el azufre soluble y enfriando instantáneamente el azufre caliente a temperatura ambiente. Se forma el azufre polimérico que es insoluble en solventes orgánicos y elastómeros. En el mezclado, está presente en el compuesto de caucho, como una suspensión en una forma similar a la de una carga inerte.

Durante el procesamiento debe tenerse en cuenta la estabilidad del azufre insoluble: Siendo una modificación metaestable, puede revertirse rápidamente a azufre rómbico, particularmente a temperaturas elevadas y bajo la influencia de sustancias alcalinas. Por lo tanto, la temperatura de procesamiento no debe exceder los 100 ºC máx. durante tiempos prolongados.

Para una buena distribución del azufre insoluble en un compuesto, se requiere un tamaño de partícula particularmente fina. Esto, sin embargo, hace que la dispersión en el elastómero sea más difícil.

Además, el azufre insoluble es fuertemente propenso a cargas electrostáticas.

Los problemas expuestos han llevado a Struktol al desarrollo de preparados de azufre adecuados. Estos son fáciles de incorporar y excelentes para dispersar. Por esta razón, se requiere sólo un tiempo de mezclado corto a temperaturas relativamente bajas al final del ciclo de mezclado. El azufre es tratado con agentes dispersantes y surfactantes especiales.

Los productos Struktol se describen en la tabla de aplicación.

Preparados

42

Activadores Los activadores son aditivos de procesamiento que ayudan a la vulcanización, en particular, al curado con azufre normal. Actualmente, deben ser llamados más correctamente activadores de la cura.

Casi todos los acelerantes orgánicos requieren el uso simultáneo de activadores inorgánicos u orgánicos para desarrollar toda su efectividad. El activador inorgánico más importante es el óxido de zinc. De los activadores orgánicos deben mencionarse los ácidos palmítico y láurico y sus sales de zinc. Estos pueden, también, mejorar la incorporación y la dispersión de la carga.

ria

l

Una de las características sobresalientes de los activadores de la cura es que, cantidades relativamente pequeñas resultan en un marcado aumento del estado de cura.

5 co T

Con muchos acelerantes, en particular aquellos a base de tiazoles como MTB o MTBS, el sistema caucho-azufre-acelerador-óxido de zinc experimenta una activación adicional a través de la adición de los ácidos grasos mencionados arriba. Esto lleva a una mejora significante en las propiedades físicas.

La adición de ácido graso a los acelerantes a base de mercapto combinada con acelerantes alcalinos secundarios hace posible controlar, en gran medida, el comienzo de la cura.

m

Se obtiene una mayor seguridad sobre la prevulcanización, y al mismo tiempo se logran mejores propiedades físicas.

ce.

r w. ea

t an e!

Surge entonces un complejo a base de acelerantes, azufre, óxido de zinc y ácido graso, que representa al agente acelerante actual. Esto fue bien ilustrado por Vander Kooi de Struktol Company of America.

La función del complejo formado a partir del zinc divalente, el ácido carboxílico, el azufre y el acelerante es controlar la formación de puentes de azufre durante la vulcanización.

El zinc, como elemento de transición, tiene la habilidad de formar enlaces coordinados relativamente fuertes, y los complejos resultantes son bastante estables.

nu

PD FC

Debido a la estructura electrónica del zinc, pueden formarse 4, 5 ó 6 complejos de coordinación. Han sido aislados estos complejos con ácidos grasos provenientes de la vulcanización con acelerantes de tiazol y ditiocarbamato. También se forman complejos π y π-alilo entre el zinc y olefinas simples.

Se asume que el ion zinc causa la activación de los complejos por medio de expansión y contracción de sus capas electrónicas, y esta es la fuerza impulsora en el proceso de vulcanización.

ww

La reacción de apertura del anillo de azufre (Figura 42) y la formación de un entrecruzamiento (Figura 43) se muestran por Vander Kooi como ejemplos.

Intermediario de la Prevulcanización

Figura 42

Activadores

Intermediario del Entrecruzamiento Complejo Alílico

Figura 43

43

La apertura del anillo de azufre es descripta como un complejo bipiramidal con aniones azufre y oxígeno y azufre y por otro lado con azufre, dos ligandos amino y aniones oxígeno (fragmentos de TBBS). Los complejos formados como intermediarios permiten una adición controlada de azufre activado en forma de complejo a la olefina y, por esta razón, se forman los enlaces cruzados. Los acelerantes secundarios pueden incluirse y ser activados dentro de estas estructuras.

ria

l

Este modelo explica las diferentes clases de enlaces cruzados. También hace comprensibles las diferencias en energía de activación y velocidad de reacción de varios cauchos. Se entienden también las reacciones competitivas entre los dobles enlaces y el enlace cis- de los ácidos grasos. La reacción, probablemente, une parte del jabón de zinc a la cadena del elastómero e inicia una red iónica, secundaria.

5 co T

La mejor solubilidad de una sal de ácido graso, comparada con el óxido de zinc, y la mejor dispersión de los acelerantes y las cargas a través de su acción como lubricante y agente dispersante, parecen estar conectadas con las propiedades mecánicas superiores vistas a menudo con el uso de los jabones de zinc.

m

La adición de ácido graso o su correspondiente jabón de zinc a compuestos con un sistema de cura a base de acelerantes mercapto, realza el módulo, la resistencia a la tracción, la dureza y la elasticidad.

Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que debido a compatibilidad limitada, algunos productos pueden causar eflorescencia.

ce.

t an e!

Los efectos de los ácidos grasos dependen, en gran medida, de su estructura. El efecto de activación aumenta con la longitud de la cadena. Debido a que el ácido esteárico y su sal de zinc son relativamente económicos, la industria del caucho ha estado satisfecha con ellos durante mucho tiempo.

nu

r w. ea

Hace varios años se descubrió que en compuestos para neumático de NR, altas adiciones de ácido esteárico (hasta 6 phr) mejoraban marcadamente la resistencia a la abrasión, el calor generado y la resistencia a la reversión. Se redujo la deformación por tensión. Esto condujo a fomentar extensas investigaciones en los laboratorios de Struktol, con el propósito de encontrar productos optimizados a partir de ácidos grasos específicos y de sus sales.

PD FC

Las altas dosis de ácido esteárico aumentan el número de enlaces cruzados monosulfídicos estables y el estado de curado. Por lo tanto, se mejoran la resistencia a la reversión y la deformación permanente por compresión.

ww

Los ácidos grasos comerciales son, por ejemplo, ácidos de cadena recta con cadenas hidrocarbonadas de C12 a C18, saturados o insaturados, como los ácidos láurico, oleico y esteárico. Estos ácidos están disponibles en combinaciones variables que resultan de la refinación de materias primas naturales.

Activadores

44

Jabones de Zinc para Caucho Producto

MP (ºC)

Insaturado

Talato de Zinc

80-100

Insaturado/Saturado

Tallowato de Zinc

95-105

Saturado

Laurato de Zinc Estearato de Zinc

120-130 120-130

Ramificado

Etilhexanoato de Zinc

líquido

Cíclico

Naftenato de Zinc Resinato de Zinc

líquido 130-200

Arilo

STRUKTOL AKTIVATOR 73

ria

l

Acido carboxílico

95

Figura 44

5 co T

Sales de zinc de varios ácidos grasos están en el mercado (Figura 44).

t an e!

m

Dependiendo de la estructura de los ácidos grasos, sus sales de zinc exhiben efectos bastante diferentes en los compuestos de caucho (Figura 43). Sus propiedades físicas están determinadas por la relación entre la parte orgánica y el contenido de metal y sus estructuras. Por encima de los 6 a 8 átomos de carbono su solubilidad en agua es muy baja. El grupo hidrofóbico determina el parámetro de solubilidad, en otras palabras, son surfactantes. De este modo, pueden formar capas de micelas entre las cadenas del elastómero. Por lo tanto, son capaces de mejorar el flujo del compuesto.

ce.

r w. ea

Varios jabones de ácidos orgánicos han sido probados en NR con el propósito de demostrar la dependencia de sus propiedades sobre la estructura. Se examinó la influencia de la longitud de la cadena (Figura 46), de la ramificación (Figura 47) y del contenido de grupos arilo (Figura 48) sobre la densidad de enlaces cruzados y la resistencia a la reversión. Los compuestos de caucho usados fueron formulaciones prácticas del tipo de las que se usan en neumáticos. La retención del módulo luego de sobrevulcanizado (Figura 49) y la deformación permanente por compresión reducida (Figura 50) muestra los efectos de diferentes estructuras de ácido.

nu

PD FC

La densidad de enlaces cruzados y la estructura de la red son controladas por la estructura y la dosis de los jabones de zinc, la estructura del elastómero, sin embargo, también debe tenerse en cuenta cuando se estudian los efectos.

Módulo, MPa

20

4

15

3

10

2

5

1

0 Acido Esteárico

Jabón de Zinc Jabón de Zinc Jabón Alquilo de Sebo Arilo Ramificado Módulo

Reversión

0

T (min) Torque a 5 pt Goteo

ww

Efectos de Curado Debidos a la Estructura del Jabón de Zinc

Resistencia a la Reversión con Jabones de Zn Acidos grasos lineales t95r/t90 a 160 ºC 6

5

4

3

2

1

0 Acid o es t eá rico

Figura 45

Activadores

C6

C8

C10

C12

C18

Figura 46

45

Efecto de la Reversión de ácido graso ramificado Jabones de Zn C8-C10 t95r/t90 a 160 ºC

4 3 2

l

1

Lineal

Primario Ramificado

Secundario

ria

0 Terciario

5 co T

Figura 47

t an e!

m

Los jabones de zinc provenientes de mezclas de ácidos de C16 a C18 saturados e insaturados son, más bien, lubricantes antes que activadores del curado. Los jabones de zinc a base de ácidos alifáticos que contienen grupos arilo y ácidos alifáticos ramificados exhiben, sin embargo, una efectividad diferente como activadores del curado (Figura 45). Se obtiene una alta resistencia a la reversión con jabones de zinc lineales de ácidos de C8-C10. Comparaciones de jabones de zinc a base de ácidos grasos ramificados muestran que los ácidos carboxílicos ramificados primarios también tienen prácticamente el mismo efecto positivo sobre la reversión.

ce.

r w. ea

Una polaridad y una actividad más altas de los grupos arilo lleva también a productos efectivos para el control de la resistencia a la reversión.

nu

PD FC

Las sales de zinc arilo, además, mejoran significativamente la velocidad de extrusión, como se muestra en la Figura 51. A través de la selección correcta de los ácidos grasos y las correspondientes sales de zinc, se pueden lograr mejores características de cura con cauchos de dieno, particularmente NR, en otras palabras, pueden controlarse la velocidad de curado, la densidad de reticulación y el tipo de puentes de azufre. Esto resulta en una mejor resistencia a la reversión, mejores propiedades dinámicas, tan delta y calor generado reducidos y también mejores propiedades físicas, tales como menor deformación permanente por compresión y módulo más alto.

ww

Cuando se usan jabones de zinc, el ácido esteárico puede ser eliminado parcial o totalmente, en particular cuando se usan a altos niveles de dosis. Además, puede reducirse la dosis de óxido de zinc.

Struktol ha desarrollado varios productos entre los cuales STRUKTOL AKTIVATOR 73 y STRUKTOL ZEH se utilizan satisfactoriamente.

STRUKTOL ZEH es un 2-etilhexanoato de zinc. Siendo solubles en caucho, ambos productos tienen una alta compatibilidad y no tienen tendencia a eflorecer aún usado en altas dosis. STRUKTOL ZEH ha sido probado como un componente efectivo de sistemas de curado solubles en EV. Con la experiencia de muchas evaluaciones y a través de la elección apropiada de los ácidos grasos de interés, las posibilidades para mejorar el procesamiento, y la vulcanización en particular, y para el control efectivo de la reversión, están ahora al alcance de la mano. Struktol ha lanzado varios productos, de los cuales es exitoso el STRUKTOL AKTIVATOR 73, mezcla de jabones de zinc de ácidos carboxílicos lineales seleccionados y la sal de zinc de un ácido aromático.

Activadores

46

Reversión en Reómetro

Deformación Permanente por Compresión

Tiempo a Tmáx - 5 Unidades @160 ºC

50

45

35

2 Acido Esteárico

30

4,5 Acido Esteárico

25

5 Aktivator 73

2 Acido Esteárico

Porcentaje Porcentaje

40

4,5 Acido Esteárico

30 20

20

5

0

0

ria

10

10

l

15

50 ºC

1

Figura 48

m

Velocidad relativa de Extrusión Compuesto de NR para Camión ( AMF 200 Orbitread)

t an e!

Resistencia a la SobrevulcanizaciónMóduloPorcentaje de Cambio,5cT95@150 ºC

70 ºC

5 co T

Figura 50

Resistencia a la Sobrevulcanización-Módulo 5 0

Velocidad de Extrusión

120

-20 M100

4,5 Acido Esteárico

PD FC

2 Acido Esteárico

100

90

M300

80

5 Aktivator 73

2 Acido Esteárico

2 Acido Esteárico 2 Jabón de Zn Arilo

6 Acido Esteárico

5 Jabón de Zn Arilo

nu

-15

r w. ea

-10

ce.

110

-5

1

Figura 51

ww

Figura 49

5 Aktivator 73

40

Procesamiento con Activadores de la Vulcanización Cuando los efectos dispersantes de los activadores son de primordial importancia, deben agregarse tempranamente con el caucho. Cuando los efectos lubricantes tienen prioridad, la adición debe realizarse lo más tarde posible.

Los productos disponibles se resumen de acuerdo a sus propiedades y áreas de aplicación (Figura 52).

Información adicional se encuentra disponible en la tabla de aplicación.

Activadores

47

PRODUCTOS Activator 73 A

ZEH

IB 531

✹

✹

FUNCIONES Compuestos de extrema baja viscosidad

● ✹

Activación del curado

PD FC

NBR IIR

ww

Halo IIR

nu

EPDM

r w. ea

SBR

✹ Muy Bueno

0.5 3

✹

✹

●

●

●

●

● ●

✹

3

ce.

✹

NR

BR

2 4

t an e!

POLIMERO

✹

m

NIVEL phr aprox.

●

5 co T

Factor de carga

●

●

Mejora de la resistencia al desgarre en caliente Apariencia

✹

l

Compuestos esponjosos

●

ria

Activación de la carga

✹ ●

●

✹ ● ✹

● Bueno

Figura 52

Activadores

48

Silanos Son agentes de acoplamiento entre cargas minerales y polímeros. Struktol ha desarrollado una línea que atiende las necesidades de la Industria del Caucho.

Cargas de color cuyo poder de refuerzo se activa con la utilización de Silanos

3 – 13

Caolin

0,3 – 1,0 6–7

Talco (silicato de magnesia)

1–4

Silica ahumada

3 – 15

5 co T

Silicato de Calcio

Efectividad de los Silanos en diferentes elastómeros

nu

ww

PD FC

ce.

t an e!

Sin Información BUENO BUENO BUENO EXCELENTE EXCELENTE Sin Información BUENO EXCELENTE EXCELENTE EXCELENTE EXCELENTE EXCELENTE EXCELENTE EXCELENTE BUENO BUENO

r w. ea

ACM IIR HIIR (Halobutilo) XNBR EPDM ECO FKM CM CSM SBR CR NBR BR NR IR URETANO AEM (Vamac)

ria

Silica

l

Dosis sugerida(% sobre carga)

m

Tipo

Silanos y Agentes de Acoplamiento

49

Mezclado La operación de mezclado es crítica para el pleno aprovechamiento de las propiedades de los SILANOS. Parte de la carga no negra, o toda ella, debe estar dispersa antes de la adición de los STRUKTOL® SCA. Algunos generadores de radicales libres (antioxidantes, estabilizadores) interfieren con la actividad de los silanos y deben agregarse más tarde en el ciclo de mezclado

l

Esquema típico de mezclado sugerido Caucho

½’

3 ½’

½ a toda la carga clara, STRUKTOL® SCA Resto de carga clara, negro de humo, plastificante, ácido esteárico, óxido de zinc, antioxidante, PEG, DEG,TEA. Antioxidantes, antiozonantes

4 ½’

Limpiar

5 ½’

Descargar

m

5 co T

2 ½’

ria

0’

ce.

t an e!

Debido a la actividad de curado de los STRUKTOL® SCA, es necesario controlar la temperatura máxima de mezclado.

Caucho Natural SBR

145 ºC – 160ºC 140 ºC

ww

PD FC

NBR

150 ºC

nu

r w. ea

Las siguientes son las temperaturas máximas recomendadas en mezclador interno:

Silanos y Agentes de Acoplamiento

50

Areas de aplicación de Silanos en la Industria del Caucho MEJORA

Calzado

– – –

Aumenta Resistencia a la abrasión Aumenta Resistencia al corte y desgarre Aumenta Resistencia a la flexión

Rodillos

– – – – – –

Aumenta Resistencia a la abrasión Aumenta Resistencia al envejecimiento Mejora Procesamiento Reducción de la deformación (mejor soporte de la carga) Reduce el hinchamiento en agua Menor histéresis

Moldeados

– – – – – –

Aumenta módulo Mejora Resistencia al envejecimiento por calor Deformación permanente por compresión Mejora Propiedades dinámicas Reduce el hinchamiento por líquidos polares Sustitución de cargas negras por color.

Mangueras

– – – – –

Aumenta Resistencia a la abrasión en la cubierta Aumenta Resistencia al envejecimiento por calor Aumenta módulo Menor deformación permanente por compresión Aumenta Adhesión a refuerzos Aumenta Resistencia a la abrasión Menor histéresis Aumenta módulo Procesamiento Aumenta Adhesión a refuerzos (posible)

Correas Correas planas

Correas V

– –

Aumenta Resistencia al Desgarre en caliente(banda de rodamiento) Aumenta Adhesión(cojines y carcasa)

– Aumenta Resistencia a la abrasión – Aumenta Resistencia a la reversión – Disminuye Costos con la sustitución de negros de humos por caolines – Aumenta Adhesión a refuerzos Aumenta Resistencia a la flexión – Es -- Aumenta módulo

ww

Neumáticos

nu

– – – – –

PD FC

Neumáticos Sólidos

ce.

r w. ea

t an e!

m

5 co T

ria

l

AREA

– – – –

Silanos y Agentes de Acoplamiento

Aumenta módulo Aumenta Resistencia a la abrasión Aumenta Resistencia a la flexión Aumenta Adhesión a refuerzos

51

Características:

Struktol SCA 98

-Bis(3-trietoxisililpropil) tetrasulfuro

Struktol SCA 98 CB

-Igual a SCA98 50% principio -Iguales a las de SCA98 activo 50% negro de humo

Struktol SCA 98 WT

-Igual a SCA98 50%principio -Iguales a las de SCA98 activo 50% carga mineral

Struktol SCA 98 PL

-Igual a SCA98 50% principio -Iguales a las de SCA98 activo 50% agente de dispersión

Struktol SCA 984

Struktol SCA 985

-Mejora la capacidad de -Contenido de azufre: refuerzo de cargas con 21-23% grupos silanol -Densidad: 1,089 -Mejora resistencia abrasión -Mayor módulo -Mejora resistencia al rodamiento

-Líquido amarillo

-Perlas negras

-Contenido de azufre: 7,5-16% -Densidad: 1,43

-Polvo blancuzco

-Contenido de azufre: 10-12% -Densidad: 1,00

-Pellets cerosos

-3-tiocianatopropiltrietoxi silano

-Mejora deformación por -Contenido de azufre: compresión.

12% -Mejora resistencia abrasión -Densidad: 1,03 -Mayor módulo

-Líquido ámbar

-Bis(3-trietoxisililpropil) disulfuro

-Mejora la capacidad de -Contenido de azufre: refuerzo de cargas con 10-14% grupos silanol -Densidad: 1,04 -Mejora resistencia abrasión -Mayor módulo -Mejora resistencia al rodamiento -Mayor seguridad de vulcanización

Líquido amarillo

5 co T

ria

-Contenido de azufre: 10-12% -Densidad: 1,34

ce.

t an e! nu

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PD FC

-Contenido de azufre: 6-7% -Densidad: 1,00

Pellets cerosos

ww

Struktol SCA 985 PL -Igual a SCA985 50%principio -Iguales a las de SCA985 activo 50% agente de dispersión Struktol SCA 989

Especificaciones Presentación

l

Composición química:

m

Nombre del producto:

- 3 - mercaptopropiltrietoxi -Mejora resistencia desgarre -Contenido principio Líquido claro silano -Mejora resistencia tracción activo MPTES min: -Mejorare sistencia abrasión 95% -Densidad: 0,98

Silanos y Agentes de Acoplamiento

52

Agentes de Separación Los agentes de separación se definen como sustancias que reducen la adhesión entre dos superficies en contacto una con la otra.

El término de agente de separación se aplica generalmente a los materiales utilizados para reducir el pegado de cauchos crudos como ser planchas mezcladas "wig wag" o preformas a moldear. Se dispone de agentes desmoldantes, los que proveen de un desmolde fácil de los componentes vulcanizados y ayudan a reducir el inicio del ensuciamiento del molde.

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l

En algunos casos se utilizan lubricantes a fin de dotar a los artículos vulcanizados de propiedades de deslizamiento y facilitar el armado de las partes.

ce.

t an e!

m

5 co T

Los agentes de separación han ganado una creciente importancia en el procesamiento moderno del caucho dado que ellos promueven una producción más económica y menos problemática y contribuyen a mejorar la calidad. En contraste con otros productos químicos para caucho, la correlación entre estructura y efectos está escasamente investigada y descripta dado que este es un campo muy complejo. Sin embargo, en esta área es necesario un desarrollo muy específico del producto. Al igual que con otros auxiliares de procesamiento, la cantidad de productos en el mercado va constantemente en aumento. A menudo se encuentran productos específicos que fueron desarrollados para solucionar problemas particulares de procesamiento para una determinada industria y equipo de procesamiento. La mayoría de los agentes de separación son productos combinados. Por ejemplo, uno de los componentes de un agente desmoldante semipermanente puede producir adhesión de la película a la superficie del molde, mientras el otro componente toma a su cargo la verdadera función de separación.

nu

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Agentes de Separación para Compuestos Crudos y Materiales en Proceso La mayoría de los compuestos crudos exhiben una alta pegajosidad, la que produce un pegado indeseable de planchas, preformas o extrudados. Por esta razón se utilizan los agentes de separación, los que forman un film en la superficie de las partes. El film debe ser móvil y estable. Sin embargo, en el procesamiento posterior de las planchas o cintas de alimentación, el agente de separación debe ser fácilmente incorporado y no debe interferir con el moldeo o vulcanización.

PD FC

Los agentes de separación utilizados en la producción de perfiles y mangueras no deben interferir en el aspecto superficial del producto terminado.

ww

En los comienzos del procesamiento del caucho se utilizaban agentes en polvo basados en talco, caolín, mica, estearato de zinc, almidón de maíz y similares. Los agentes en polvo de estas características tenían un efecto de separación relativamente bueno pero originaban una considerable contaminación de la zona de trabajo. Por esta razón los usuarios cambiaron a suspensiones acuosas conteniendo jabones como estabilizantes. La tendencia al polvo fue disminuyendo y se obtuvo una más pareja distribución superficial del agente de separación.

Las dispersiones particulares de agentes en polvo en el procesamiento posterior del compuesto, son sin embargo problemáticas, en particular cuando se forman aglomerados. Pueden resultar pliegues o líneas de flujo y dar lugar a problemas en la producción de extrudados. Las suspensiones pueden dar problemas en el equipo de "batch-off" a través de contaminación o de obturación de los picos.

Los modernos agentes de separación son mayormente solubles en agua y mezclas fácilmente dispersables de tensoactivos (jabones) y materiales formadores de film (metil celulosa, alcohol polivinílico).

A veces se agrega una carga fácilmente dispersable a fin de obtener un film relativamente seco que reduzca el resbalamiento de la cinta de compuesto durante la alimentación a las extrusoras.

Agentes de Separación

53

A fin de evitar corrosión en el equipo y la degradación de los jabones, contienen inhibidores de corrosión y bactericidas. Para suprimir la espuma en el equipo de "batch-off" se agregan agentes antiespumantes.

Además de un buen comportamiento separador, la composición no debe lubricar la superficie de la plancha dado que su resbalamiento dará origen a inestabilidad de las planchas durante el almacenamiento en pallets. El agente de separación debe ser fácilmente reabsorbido en el compuesto y no tener influencia en la vulcanización.

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l

Cuando se requiere una buena adhesión o en la producción de piezas goma-metal, ocasionalmente aún se utiliza el estearato de zinc dado que, a altas temperaturas, migra fácilmente dentro del compuesto (NR).

5 co T

Los productores de soluciones para impregnar planchas poseen un rango de productos estándar pero la mayoría ofrecen producir mezclas específicas para problemas específicos. El desarrollo de estos productos esta ampliamente basado en la experiencia práctica.

m

Agentes Desmoldantes En la producción de artículos moldeados los compuestos tienden a pegarse a la superficie del molde.

Los vulcanizados son difíciles de desmoldar y en casos extremos se dañan en la extracción.

ce.

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Los productos de descomposición de los compuestos de caucho conducen a la formación, sobre la superficie del molde, de una capa similar a un barniz. El método clásico de limpieza de moldes, granallado con microesferas, es un proceso caro, requiere tiempo y en poco tiempo, al repetirse frecuentemente, destruye moldes de precisión.

nu

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Los compuestos que poseen, a altas temperaturas, relativamente baja viscosidad, como ebonita, suelas conteniendo resina de alto estireno y esponja, tienden a pegarse a los moldes pulidos y dan origen a la inclusión o atrapado de aire en la superficie. Esto produce marcas en los vulcanizados. En los comienzos el efecto de venteo necesario fue obtenido a través de polvos. Los agentes de polvo eran talco y mica los que actualmente no pueden ser utilizados por razones ecológicas.

PD FC

La utilización de agentes desmoldantes puede evitar estos problemas. Las substancias deben formar un film liso, coherente e inerte. Los mismos deben ser químicamente resistentes, estables térmicamente, poseer baja solubilidad en el compuesto y ser incompatibles con los elastómeros.

Además, se requiere que el film antiadherente posea una vida útil prolongada.

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El film antiadherente debe tener espesor micrométrico y poseer un bajo coeficiente de fricción. Él protege la superficie del molde de contaminación y facilita un uso prolongado del molde o su vida útil antes que se necesite su limpieza, reduciendo tiempos perdidos y al mismo tiempo bajando costos, en muchos casos, en forma considerable.

En la producción de mangueras es dificultoso calzar la manguera cruda en el mandril y retirarla del mismo una vez vulcanizada. Los agentes en polvo poseen un buen efecto de despegue pero el efecto lubricante es mayormente insuficiente. Los problemas de polvo asociados con los agentes de separación son particularmente importantes en la producción de mangueras.

En estas aplicaciones están ampliamente utilizados los agentes de despegue de mandril.

Una variedad de nuevos agentes líquidos de separación, particularmente adecuados para la vulcanización de mangueras conformadas, ha sido desarrollada por Schill & Seilacher. Ellos están basados en poliésteres solubles en agua patentados (DE 195 15314 C1). Ellos son inodoros, inofensivos toxicológicamente y pueden ser lavados con agua. La mayoría de los tipos son rápidamente biodegradables.

Agentes de Separación

54

Agentes desmoldantes modernos, fáciles de manejar y efectivos están disponibles para diversos usos.

Además de buenas propiedades de despegue, muchos de ellos también reducen la contaminación del molde. Sin embargo, para una efectiva y eficiente limpieza del molde, se han desarrollado compuestos limpiadores de moldes específicos.

Los agentes desmoldantes pueden ser clasificados como sigue:

5 co T

ria

l

Agentes en Polvo En forma similar a los agentes de separación usados en planchas crudas, los agentes en polvo son talco, mica, harina de maíz, etc. Ellos a menudo producen un despegue suficiente y un buen venteo del molde pero producen una intensa contaminación del molde a través de incrustaciones con productos de descomposición del compuesto de caucho. Además de la superficie aterciopelada de la parte de caucho obtenida con los agentes en polvo, el tratamiento posterior para eliminar los residuos del agente en polvo es complejo. La molestia del polvo es un efecto secundario inaceptable cuando se utilizan este tipo de agentes. Por tal motivo los mismos son raramente utilizados como agentes de desmolde y sólo ocasionalmente como parte de agentes de despegue líquidos en neumáticos.

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Agentes Desmoldantes Orgánicos Los agentes desmoldantes pueden ser obtenidos ya sea en solventes o en forma acuosa como emulsiones, dispersiones o solución, son aplicados al molde caliente como una capa fina a pincel o en spray. En general, el efecto antiadherente es muy bueno, pero a menudo la estabilidad térmica no es suficiente para soportar temperaturas de vulcanización de hasta 200 ºC. Los productos resultantes de la descomposición provocan la contaminación del molde y se forman incrustaciones o un depósito similar a un barniz.

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No obstante estas desventajas y dejando a un lado los productos basados en aceite de silicona, los agentes desmoldantes orgánicos son los más ampliamente utilizados dado que en general son baratos y toxicológicamente inofensivos. A menudo están contenidos en agentes desmoldantes combinados basados en siliconas. También son utilizados cuando existen problemas de adherencia y no puede utilizarse la silicona.

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PD FC

Las substancias básicas de estos agentes de separación son mayormente sales de ácidos grasos (jabones), tensoactivos (alcanos sulfonados), alcoholes etoxilados, amidas taurocólicas, poliéteres, etc.

El desarrollo tiende a materiales que sean estables térmicamente. Además, se favorecen aquellas substancias que no solo poseen propiedades de despegue sino también las de penetrar y aflojar las contaminaciones del molde. La contaminación suelta, es luego eliminada con el artículo vulcanizado.

Los moldes pueden permanecer limpios por un período prolongado de tiempo.

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Los agentes de despegue de mandril modernos mencionados más arriba, pertenecen también a este grupo.

Estos no son rociados sobre el mandril sino que el extremo de la manguera es sumergido en el agente de despegue justo antes de colocar la manguera en el mandril. Fluyendo dentro de la manguera, el agente de despegue moja el interior de la misma y el mandril. Luego de la vulcanización, la manguera puede extraerse fácilmente del mandril. En esta aplicación se requiere del agente de despegue, un excelente poder mojante y una fácil extracción.

Aceites de Silicona Son por lo general más costosos que los agentes de despegue orgánicos, sin embargo, poseen un buen efectos de despegue y son térmicamente estables por lo que han encontrado amplio uso como sprays, emulsiones acuosas o soluciones. Es desventajoso que reaccionen con los peróxidos, por lo que no son adecuados para compuestos curados con peróxidos. Ellos interfieren con los recubrimientos superficiales de los vulcanizados y ocasionalmente pueden impedir la formación de un film antiozonante protector en la superficie. Debido a su fuerte efecto de despegue, una sobre concentración

Agentes de Separación

55

local puede hacer que la adhesión en el molde sea imposible. Por otro parte, los aceites de silicona dan a la superficie de los vulcanizados buenas propiedades de antifricción y un brillo agradable.

Los agentes de despegue orgánicos son a menudo combinados con aceites de silicona a fin de utilizar los productos individualmente a baja concentración y minimizar las potenciales desventajas de los componentes.

5 co T

ria

l

Agentes Desmoldantes Semipermanentes En forma similar a las lacas de esmaltación, estos sistemas de desmolde, basados comúnmente en resinas de silicona, son sopleteados sobre los moldes y reticulados con calor. Las resinas se ligan física o químicamente a la superficie del molde y luego de su aplicación( usualmente mediante soplete) durante el calentamiento del molde a la temperatura de vulcanización, se adhieren fuertemente al sustrato. Además de un fácil desmolde estos reducen en forma significativa la contaminación.

Aplicados correctamente, estos producen un film extremadamente delgado de alrededor de 300 nm.

Esto fue encontrado en investigaciones de Schill & Seilacher por medio de un Microscopio Electrónico de Escaneo con Emisión de Campo (FE-SEM) (Figura 53) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM).

ce.

nu

PD FC

r w. ea

t an e!

m

Imagen FE-SEM de la superficie de un plato de metal recubierto con Permalease 70

ww

Figura 53

Agentes de Separación

56

El film antiadherente tiende a nivelar la superficie rugosa del molde y produce un recubrimiento parejo. De seta manera se obtiene un menor coeficiente de fricción. Esto se muestra en la siguiente figura, representando una placa de metal descubierta en una mitad y en la otra mitad recubierta con STRUKTOL PERMALEASE 70.

Figura 54

ce.

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m

5 co T

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l

Imagen AFM de las fuerzas de fricción sobre la superficie de un plato de metal sin cubrir y cubierto con Permalease 70

nu

PD FC

Los recubrimientos de Politetrafluoroetileno (PTFE), que ocasionalmente son utilizados como agentes desmoldantes, adolecen de fragilidad mecánica y pobre adhesión.

ww

Lubricantes del Compuesto El efecto antiadherente de los lubricantes que son incorporados al compuesto de caucho lleva a una cierta incompatibilidad con los elastómeros. Estos no deben cambiar las propiedades del vulcanizado.

Por lo tanto ellos son, en general, especialidades adaptadas a los elastómeros individuales y a los compuestos. Los organosiliconas desarrollados por Schill & Seilacher pueden ser considerados en esta categoría dado que ellos no sólo son lubricantes facilitando el mezclado y la producción de semielaborados, sino que también exhiben precisos efectos de despegue.

Agentes de Separación

57

Productos de Struktol y sus Usos El rango de productos de Struktol abarca varias áreas de aplicación. Además de muchos productos estándar existen especialidades formuladas para resolver problemas específicos de clientes, las que fueron desarrolladas cuando los productos estándar no podían cumplir con requerimientos complejos.

Agentes Desmoldantes para Mandriles

l

Los productos son toxicológicamente inofensivos, inodoros, pueden ser eliminados con agua fría o en la mayoría de los casos son biodegradables.

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STRUKTOL MR 150 es un lubricante y agente de despegue soluble en agua, libre de silicona, para todos los elastómeros comunes exceptuando ECO y AEM. El producto es eliminado fácilmente con agua. Posee una lenta biodegradabilidad.

5 co T

STRUKTOL MR 161 es un producto rápidamente biodegradable soluble en agua. Es particularmente adecuado para la fabricación de mangueras de radiador de AEM.

m

STRUKTOL MR 187 fue diseñado preferentemente para EPDM vulcanizado con peróxido y azufre.

Es soluble en agua y rápidamente biodegradable.

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STRUKTOL MR 221 es una pasta diseñada para su uso en la producción automática de mangueras y es sopleteada dentro de las mismas. Por arriba de 60 ºC es un líquido y no corre ni gotea luego de enfriarse a temperatura ambiente. Es soluble en agua y posee una excelente biodegradabilidad.

ce.

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STRUKTOL MR 226 es utilizado preferentemente en mangueras de NBR. Es soluble en agua y posee una excelente biodegradabilidad.

STRUKTOL MR 247 es un lubricante diseñado para ECO. El producto es emulsificable en agua. Posee una lenta biodegradabilidad.

nu

ww

PD FC

STRUKTOL MR 322 es una silicona soluble en agua y un agente de despegue libre de agua para mangueras conformadas de EPDM. Es biodegradable.

Agentes de Separación

58

Agentes Desmoldantes Semi-permanentes Estas substancias son sopleteadas uniformemente sobre el molde caliente y reticuladas a una temperatura suficientemente alta, de forma tal que se forme un film antiadherente fuertemente adherido. La superficie del molde debe estar absolutamente limpia de modo de obtener una óptima adherencia del film antiadherente. Previo al recubrimiento inicial con el film es necesario, luego de una limpieza mecánica como granallado con microesferas, el desengrasado con solventes (etanol, etc.), vapor o limpiadores alcalinos.

5 co T

ria

l

Se obtiene un film antiadherente óptimo cuando se aplican dos o tres capas finas y uniformes en intervalos de 15 minutos y a una temperatura mínima de 180 ºC. Mayores temperaturas conducen a una densidad de reticulación mayor y una mayor resistencia al desgaste del film antiadherente. Los films antiadherentes gastados pueden ser eliminados mecánicamente (granallado) o químicamente por inmersión en un baño alcalino (hidróxido de potasio al 5% en etanol). Una ventaja particular de estos agentes de despegue es que la superficie del vulcanizado se mantiene limpia y puede ser impresa, barnizada o adherida. El bajo coeficiente de fricción facilita el desmolde de los vulcanizados, a tal extremo que pueden superarse frecuentes problemas debidos a una pobre resistencia al desgarre en caliente.

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m

STRUKTOL PERMALEASE 10 y STRUKTOL PERMALEASE 20 son agentes de desmolde basados en polímeros de órgano-silicona disueltos en hidrocarburos.

Condiciones típicas de reacción del film son 15'/160 ºC. Ambos agentes de despegue pueden también ser obtenidos en envases rociadores.

ce.

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STRUKTOL PERMALEASE 70 fue el primero de una serie de agentes desmoldantes mejorados respecto al medio ambiente. Es una emulsión acuosa. El film antiadherente es cocinado durante 15'/160 ºC.

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PD FC

STRUKTOL PERMALEASE 80 y STRUKTOL PERMALEASE 90 son agentes de desmolde en base acuosa que requieren una menor temperatura de reticulación. Condiciones típicas de reacción del film son 10'/140 ºC.

Agentes de Separación

59

Aceites de Silicona Los aceites de silicona se ofrecen como emulsiones difiriendo en viscosidad y contenido activo. Ellas pueden ser diluidas con agua. En la mayoría de las aplicaciones, una concentración de 1 - 3 % producirá un despegue adecuado. El rango de productos comprende los siguientes agentes desmoldantes.

STRUKTOL STRUKSILON E 35

l

STRUKTOL STRUKSILON E 60

ria

STRUKTOL STRUKSILON 72 STRUKTOL STRUKSILON 90 y

m

el cual es aceite de silicona puro y soluble en agua.

5 co T

STRUKTOL STRUKSILON PE 100

r w. ea

STRUKTOL STRUKSILON P 126 STRUKTOL STRUKSILON P 128

ce.

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Se han desarrollado productos especiales para el recubrimiento de burletes para ventanas y puertas a fin de facilitar la instalación de los perfiles. Estos deben poseer características de mojado excepcionales y no causar "stress cracking" en contacto con poliacrilato y policarbonato. Además deben ser estables al esfuerzo de corte y poseer baja tendencia a formar espuma. El rango de productos incluye.

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PD FC

STRUKTOL STRUKSILON P 144

Agentes de Separación

60

Compuestos para Limpieza de Moldes STRUKTOL MC-A y STRUKTOL MC-B son compuestos para la limpieza de moldes vulcanizables in situ conteniendo aminas como sustancias activas. STRUKTOL MC_B es una versión con bajo olor.

El ciclo de limpieza se produce durante el ciclo de vulcanización. Los materiales activos son desprendidos dentro de las incrustaciones del molde. El depósito penetrado se combina con el compuesto y será eliminado con él durante el desmolde del vulcanizado.

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l

Los compuestos para la limpieza de moldes no son recomendados para metales no ferrosos dado que pueden ocasionar una importante velocidad de desgaste.

La Influencia de los Auxiliares de Procesamiento en la Decoloración

5 co T

Dado que los auxiliares de procesamiento no tienen colores precisos, los mismos no tienen tendencia a decolorar vulcanizados claros.

m

Muchos de los auxiliares de procesamiento de la línea de productos STRUKTOL han sido ensayados en compuestos blancos de SBR vulcanizados con azufre y con peróxido a fin de examinar su influencia en la decoloración inducida por luz ultravioleta.

Generalmente la mejor estabilidad de color se obtuvo con el sistema de cura con peróxido.

ce.

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t an e!

Se notó un leve amarillamiento luego de la exposición a la luz ultravioleta en el control dentro de las series curadas con azufre.

Un tono obscuro marginal fue causado por el STRUKTOL WB 16 y el STRUKTOL WS 180.

Debido a su color inherente, se observó inicialmente un ligero color beige con el STRUKTOL W 33 FLAKES. Los jabones de zinc representados por STRUKTOL A 60, STRUKTOL A 50 P y STRUKTOL A 50 L tienen poca influencia en el amarillamiento y se comportaron en forma similar al control.

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PD FC

Entre los lubricantes, el mejor desempeño fue obtenido por STRUKTOL WB 212, STRUKTOL WB 222, STRUKTOL EF 44 y STRUKTOL WB 42 los que se comportaron en forma similar al control.

ww

Entre los materiales resinosos un excelente comportamiento se notó para el STRUKTOL 60 NS FLAKES, STRUKTOL TS 30 y STRUKTOL TS 35. El color inicial y la decoloración fueron comparables al control.

Koresin (tiene color inherente) influencia en el color inicial y da una fuerte decoloración cuando se lo expone a la luz ultravioleta.

La Influencia de los Auxiliares de Procesamiento en la Decoloración

61

Dispersiones de Peróxidos Las dispersiones de peróxidos Struktol se usan en la Industria del Caucho para curar muchos polímeros así como también actúan reduciendo la viscosidad en Polipropileno. Dispersos en soportes(“carrier”) especiales que mejoran la dispersión y reducen el tiempo de incorporación .

Características:

Composición química:

Especificaciones

Presentación

l

Nombre del producto:

-Peróxido de dicumilo al 70% -Mayor contenido de peróxido -Aprobado FDA -Excelente dispersión -Facil manipulación

-Punto de fusión: 30-40ºC -Densidad: 1,07

-Pellets o escamas blancas

Struktol DBDB 60

-1,1’ –bis(ter butilperoxi)diisopropilbenceno

-Punto de ablandamiento: 73-85ºC -Densidad: 0,955

-Pellets blancuzcos

ce.

nu

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PD FC

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5 co T

-Mayor contenido de peróxido -Aprobado FDA -Excelente dispersión -Facil manipulación

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Struktol DCP 70

La Influencia de los Auxiliares de Procesamiento en la Decoloración

62

Demanda de Peróxido A fin de examinar la demanda de peróxido de varios aditivos de procesamiento de la línea de productos de STRUKTOL, se utilizó una formulación sencilla de EPDM.

l

La compresión permanente fue elegida como criterio para la demanda de peróxido dado que la compresión permanente está directamente influenciada por la densidad de reticulación, la que a su vez estará determinada por el peróxido disponible para reticular el polímero, en lugar de reticular el aditivo de proceso (Figuras 55 y 56). Es de conocimiento general que los compuestos aromáticos e insaturados reaccionan con los peróxidos y dan altos valores de deformación permanente por compresión.

ria

Por lo tanto el grado de insaturación y el contenido de posiciones reactivas deberán ser tenidos en consideración cuando se utilizan auxiliares de procesamiento en compuestos de caucho vulcanizados con peróxido.

Demanda de Peróxido de Aditivos de Procesamiento Resinosos/ Agentes de Pegajosidad

[%]

60

Formulación: 100.0 50.0 10.0 4.2 4.0

55

A 50 P

16

50 45

Curado: 20/180;C

p-tert. Butilfenol/ condensado de acetileno

Formulación:

t an e!

18

Keltan 520 SRF N-774 Surpar 2280 Perkadox 14/40 Aditivo de Proc.

r w. ea

20

[%]

Keltan 520 SRF N-774 Surpar 2280 Perkadox 14/40 Aditivo de Proc.

100.0 50.0 10.0 4.2 10.0

ce.

22

Deformación Permanente por Compresión, 3 d/100ºC

m

Deformación Permanente por Compresión, 3 d/100ºC

5 co T

Demanda de Peróxido de Productos Tipo Lubricante

40

Curado: 20/180;C

35

STRUKTOL TS 50

30

W 33 FLAKES

WB 16

10

Figura 55

Demanda de Peróxido

WB 222, WS 180, WS 280 SUNPAR 2280

ww

12

25

nu

PD FC

14

#2591

STRUKTOL 40 MS FL.

20 15 10 5

STRUKTOL TS 30, TS 35 STRUKTOL 60 NS FL. CONTROL Poliisobuteno

#2857

Figura 56

63

Adhesión Goma Metal La influencia de los aditivos de procesamiento en la adhesión goma metal fue ensayada en compuestos de EPDM, NBR y NR de acuerdo a ASTM D 429, Método B 90º (Stripping Test - Rubber Part Assembled to One Metal Plate). Se utilizó un adhesivo patentado (Chemlock). Los aditivos de procesamiento ensayados fueron seleccionados de los siguientes grupos:

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l

Ésteres de ácidos grasos, jabones de calcio, organosiliconas y homogeneizantes.

En general, se encontró que los aditivos de procesamiento, en su mayoría, mejoran la adhesión goma metal. Los derivados de ácidos grasos tienen un efecto moderado, el cual está dirigido a mejorar el mojado superficial e incrementar la fluencia.

5 co T

Las resinas de homogeneización tienen efecto mayor, en particular, cuando reemplazan parte de los plastificantes. Por supuesto, es necesario utilizar aditivos que exhiban una compatibilidad razonable con el elastómero. Cuando se reemplaza parte del ácido esteárico por un jabón de calcio la adhesión mejora notablemente.

Métodos de Ensayo - Evaluación de los Auxiliares de Procesamiento

t an e!

m

El desarrollo y uso de auxiliares de procesamiento requiere métodos de ensayo de laboratorio adecuados y significativos a fin de determinar y medir sus efectos.

●

●

Vulcanización (seguridad de prevulcanización, estabilidad de la reticulación) Adhesión en crudo

Comportamiento en el desmolde

ww

●

ce.

Reología (viscosidad, propiedades de fluencia)

PD FC

●

Dispersión y homogeneidad

nu

●

r w. ea

Cuanto más práctico es el método de ensayo, más fácil será de realizar sin costosos ensayos en escala de producción, y los resultados obtenidos en el laboratorio serán más fácilmente aplicados en los procesos productivos. Los auxiliares de procesamiento ejercen una influencia substancial sobre las siguientes propiedades de los compuestos y de los vulcanizados.

Acerca de métodos de ensayo y equipos, sólo se pueden mencionar unos pocos que permitan la determinación de propiedades relevantes.

Métodos de Ensayo - Evaluación de los Auxiliares de Procesamiento

64

Dispersión y Homogeneidad Son generalmente determinados por métodos ópticos. Con secciones delgadas, la distribución de los materiales de la formulación puede verse fácilmente bajo el microscopio; la luz polarizada es a menudo útil para identificar los materiales de formulación inorgánicos. Pero la observación de la sección transversal también puede dar información útil.

Con compuestos de color claro, si los ingredientes de la fórmula son de distinto color, el examen de la superficie puede ser suficiente. Una plancha muy delgada y estirada, cortada del molino, puede ayudar, con luz transmitida, a mostrar la dispersión.

ria

l

Los microscopios electrónicos son bastante utilizados para la solución de problemas y análisis. Los equipos de ensayo modernos están asistidos por microprocesadores para permitir la visualización especial de dispersión de cargas y determinación de tamaño de partícula.

5 co T

Un método muy sencillo para controlar la dispersión de la carga en una plancha vulcanizada es doblar el vulcanizado y enrollarlo entre los dedos. La baja dispersión puede verse fácilmente con luz incidente en la superficie doblada, especialmente si el material es negro.

La viscosidad de un compuesto es función de la velocidad de cizallamiento, la que depende del método de procesamiento. Esta dependencia se muestra en la Figura 57.

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Rangos de Cizallamiento Típicos en Evaluación y Procesamiento ODR

Reómetro Capilar

nu

Mooney

Mezclado Calandrado Extrusión Moldeo por Compresión

ww

PD FC

Se puede observar qué equipo de ensayo y qué método es significativo para la determinación de la viscosidad y propiedades de fluencia en los procesos individuales.

ce.

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m

Ensayos Reológicos Se realizan para medir la procesabilidad de los compuestos durante la extrusión, calandrado, moldeo por compresión o moldeo por inyección. Los métodos de ensayo miden la viscoelasticidad de los compuestos de caucho. El componente viscoso influye sobre el flujo mientras la elasticidad es responsable del hinchamiento y contracción.

Por Transferencia Por Inyección

1

10

102

103

104

Velocidad de Cizallamiento (s-1) Figura 57

El viscosímetro Mooney y el reómetro de disco oscilante operan sólo a muy baja velocidad de corte o cizallamiento y los datos de procesabilidad obtenidos pueden no ser representativos de los procesos de producción utilizados, mientras el reómetro capilar puede ser utilizado para todo el rango de velocidades de corte. Los siguientes métodos y equipos han demostrado ser útiles.

Métodos de Ensayo - Evaluación de los Auxiliares de Procesamiento

65

Viscosímetro a Disco de Corte Mooney La viscosidad es medida como el esfuerzo resistente a la torsión de un disco metálico (rotor) inmerso en el caucho dentro de una cavidad cerrada a una temperatura determinada. La velocidad de corte es de 2 [s-1]. La viscosidad está dada en unidades Mooney, las que son proporcionales al esfuerzo de torsión.

Para medir el esfuerzo de relajamiento, la componente elástica, el rotor es detenido luego de 5 minutos.

La relajación es medida por la caída de la viscosidad Mooney luego que se detiene el rotor.

El viscosímetro Mooney es también usado para medir la característica de prevulcanización, es decir, scorch Mooney.

5 co T

ria

l

Equipo Delfo Este aparato pertenece al grupo de viscosímetros utilizando placas paralelas y sirve para determinar plasticidad y viscosidad. Una muestra cilíndrica de caucho es comprimida en un cierto grado y luego liberada. La recuperación elástica en su altura luego de 30 segundos es una medida de la elasticidad del compuesto (elasticidad Delfo). La velocidad de corte es de 0.1 [s-1].

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m

Reómetro Capilar de Alta Presión El material a ensayar es cargado dentro de un cilindro y forzado, mediante un pistón, a través de una boquilla bajo condiciones definidas. Se fijan la temperatura y la velocidad del pistón; para calcular la viscosidad aparente se determina la temperatura del material, la presión del material y la duración del ensayo.

ce.

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Reómetro de Corte sin disco por Esfuerzo de Torsión(MDR) El reómetro sin disco evalúa las propiedades reológicas y las características de vulcanización del compuesto crudo. El compuesto de caucho crudo es sometido a una oscilación forzada a baja temperatura (100 ºC o 125 ºC) y por un determinado tiempo. Las características viscoelásticas, torque elástico (s') y torque viscoso (s'') son calculadas directamente del torque en función del tiempo registrado y graficado en una curva.

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PD FC

Para la determinación de las características de vulcanización la curva de reómetro es registrada a temperaturas elevadas. La velocidad de corte es de 20 [s-1].

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Analizador de la Procesabilidad del Caucho(RPA) El aparato utiliza el mismo principio que el reómetro de corte sin disco pero, además, permite la selección de diferentes frecuencias y amplitudes de los esfuerzos. Las características viscoelásticas de los vulcanizados, módulo de almacenamiento (G') y el módulo de pérdida (G'') se expresan como una función de los rangos de frecuencia o de la amplitud del esfuerzo. La velocidad de corte máxima es de 30 [s-1].

Curómetro a Disco Oscilante(ODR) Similar al reómetro sin disco descripto arriba, mide las propiedades en crudo y las características de vulcanización. El compuesto que se encuentra bajo presión dentro de una cavidad calefaccionada es sometido por el rotor (oscilante) a un esfuerzo de corte periódico. El torque resultante es graficado en función del tiempo.

Métodos de Ensayo - Evaluación de los Auxiliares de Procesamiento

66

Extrusora de Laboratorio Con una extrusora de laboratorio se pueden realizar ensayos prácticos de fluencia. En general se utilizan boquillas para cordones a fin de determinar la velocidad de extrusión, hinchamiento en boquilla y caudal. Por ejemplo, el diámetro del cordón es medido inmediatamente y luego de 24 horas.

La Matriz Garvey permite la observación del aspecto y forma del extrudado (superficie, hinchamiento, bordes y rincones).

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l

Plasticorder Este es un aparato combinado que puede ser equipado con un mezclador interno o una unidad de extrusión. Actualmente estos dispositivos son asistidos por computadora y permiten la determinación de la viscosidad, propiedades de fluencia y comportamiento en el mezclado. Por medio de un sensor de presión sensible se pueden realizar mediciones precisas de la presión dentro de la extrusora y el torque de mezclado. Es un equipo pequeño apropiado para muchas aplicaciones.

ce.

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m

5 co T

Molino Abierto de Laboratorio y Rodillo Marcador Este equipo se utiliza para el control del comportamiento en el calandrado (encogimiento) de los compuestos de caucho. En un molino de dos cilindros se forma banda con el compuesto de caucho en condiciones de máquina definidas. Con un rodillo marcador con dos discos circulares se marcan tres cintas, se cortan y retiran. Luego de 24 horas, las cintas, que tienen marcas para la medición, son controladas y el encogimiento es calculado en base a la distancia de las muescas. Dependiendo de la luz entre cilindros, la velocidad de corte varía entre 10 y 100 [s-1]. El encogimiento también puede medirse utilizando una muestra cuadrada la que es cortada con un sacabocado de la plancha cruda.

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Vulcámetro Reométrico Este es un aparato que permite el examen de la procesabilidad de los compuestos de caucho bajo condiciones de moldeo por inyección. Una muestra exactamente pesada es colocada en una cámara e inyectada, por medio de un pistón, dentro de un molde calefaccionado.

nu

ww

PD FC

Son ajustadas la presión de inyección, la temperatura y la duración de la inyección. Se miden el volumen inyectado y la velocidad de inyección. El llenado de la cavidad es visualizado por un diseño especial del molde.

Métodos de Ensayo - Evaluación de los Auxiliares de Procesamiento

67

Ensayo de Transferencia en Espiral Este es un ensayo bien establecido, simple, barato pero significativo para la determinación de las propiedades de fluencia bajo las condiciones de moldeo.

En una prensa de laboratorio se utiliza un molde de transferencia en espiral (Figura 58), de tres partes, que pueda ser operado manualmente. En contraste con moldes de transferencia para la fabricación de artículos moldeados, donde el molde se abre automáticamente por la prensa teniendo un pistón superior y otro inferior, el molde descripto se abre por medio de levas.

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l

Este método es suficientemente exacto para ensayos comparativos de fluencia.

Molde Espiral

5 co T

Spiral Mould

ram plate

Figura 58

ce.

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PD FC

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spiral cavity

m

transfer pot

ww

Pegajosidad en Crudo La determinación, bajo condiciones de laboratorio, de la pegajosidad en crudo de los compuestos de caucho no es sencilla. Existen varios métodos de ensayo, pero la reproducibilidad es baja. La mayoría de los métodos miden la adhesión entre dos superficies prensadas juntas. En el ensayo de pelado, cuando está en juego una fuerte adherencia, lo que se mide es la resistencia en crudo y no la pegajosidad. El ensayo de pelado es utilizado por el Ketjen Tackmeter, el aparato TelTak de Monsanto, el dispositivo desarrollado por Yokohama Rubber y muchos otros.

A veces se menciona el ensayo de deslizamiento pero da resultados relativamente poco reproducibles.

Los extremos de una muestra en forma de cinta son prensados conjuntamente con una superficie de contacto definida. La carga y el tiempo de contacto pueden ser variados. El anillo obtenido se monta sobre un cilindro y es cargado con un rodillo inferior de peso variable. Se mide el tiempo transcurrido hasta que las superficies en contacto se separan totalmente. No se obtienen valores absolutos, la experiencia, sin embargo, ha probado que se obtienen resultados comparables, lo cual no es el caso para otros métodos.

Para una rápida evaluación, es a menudo suficiente el ensayo manual de la pegajosidad en crudo. Las superficies se presionan entre sí y luego se tira para separarlas.

Métodos de Ensayo - Evaluación de los Auxiliares de Procesamiento

68

Desmolde No existe procedimiento estandarizado para la determinación de las propiedades desmoldantes para la evaluación de los agentes de despegue.

En realidad, es conveniente solo un molde. Un pequeño molde circular con ranuras transversales agudas y profundas y laminillas que se proyectan desde la parte superior para que la superficie de contacto entre este y el compuesto sea muy grande. Luego de la vulcanización, el molde es fijado a un dinamómetro y traccionado para medir la fuerza necesaria para abrirlo.

ce.

nu

ww

PD FC

r w. ea

t an e!

m

5 co T

ria

l

Por supuesto que existe una cantidad de otros ensayos de laboratorio disponibles que pueden evaluar la influencia de los auxiliares de procesamiento en compuestos crudos y vulcanizados.

Métodos de Ensayo - Evaluación de los Auxiliares de Procesamiento

69

Auxiliares de Procesamiento en Artículos Farmacéuticos.

BR NR, IR

conteniendo

BR

cargas

Halo-IIR

3

r w. ea

NBR IIR

4

Q

36

2

36

5

72

5

t an e!

2

2

EPM, EPDM

m

caucho puro

Duración del Ensayo* (h)

5 co T

NR, IR 1

Vida Útil (a)

Polímero Base

72

7

120

7

12

10

168

10

168

10

168

ce.

Grupo

ria

l

En la producción de artículos de caucho para la industria farmacéutica es con frecuencia ventajoso el uso de auxiliares de procesamiento de modo de mejorar la dispersión en compuestos altamente cargados o de mejorar el llenado de la cavidad del molde o la extrusión. En Alemania es importante que los artículos cumplan con los requisitos de la norma DIN 58 367. La norma alemana DIN 58 367, Parte 1 divide los polímeros base utilizados en las partes elastoméricas con destino a transfusión, infusión e inyección en cuatro diferentes grupos diferenciándose en su vida útil potencial y los requisitos de envejecimiento (Figura 59)

PD FC

Figura 59

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*envejecimiento en bomba de oxígeno: 70 ± 1 ºC, presión de oxígeno 2.1 ± 0.1 Mpa

ww

Los requerimientos analíticos básicos (Tabla 4) se refieren al extracto acuoso obtenido de los vulcanizados luego de dos lavados con agua (60 ºC) y un subsiguiente tratamiento de 30 minutos de la muestra vulcanizada con agua destilada en un autoclave bajo condiciones de esterilización (vapor saturado de 121 ± 1 ºC):

Auxiliares de Procesamiento en Artículos Farmacéuticos

70

Además de estos requisitos las partes de caucho no deben emitir substancias tóxicas, bacteriostáticas, bactericidas o causantes de hemólisis. La mayoría de los aditivos utilizados para los artículos de caucho de uso farmacéutico son derivados de ácidos grasos. Ellos son ácidos grasos, alcoholes grasos, aminas grasas y jabones de zinc o calcio, esas son substancias toxicológicamente inocuas. Algunas de ellas cumplen con los requisitos de 21 CFR 177.2600 (FDA) y las Recomendaciones XXI BgVV (antes BGA). Este es un buen prerrequisito, pero no forman parte de los requisitos de la DIN 58 367.

Requisitos (límites superiores)

Estado visual

Opalescencia. máx.

Contenido de constituyentes reductores *

Demanda en la titulación con Permanganato de Potasio por 10 ml de fluido en ensayo: 5 ml KmnO4 máx., c(KMO4) = 2 mmol/l

Contenido de iones de metales pesados (incluido iones de antimonio) calculado como Pb2+

0.01 mg Pb2+ por 10 ml

ria m

5 co T

0.04 mg Cl- por 10 ml

Contenido de iones zinc

Demanda en la titulación de 10 ml: 0.50 ml HCl o NaOH, c(HCl, NaOH) = 5 mmol/l

nu

PD FC

Cambio en la titulación de acidez o alcalinidad

ce.

0.02 mg NH4+ por 10 ml

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Contenido de iones cloruro

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Contenido de iones amonio

l

Propiedades

0.03 mg Zn2+ por 10 ml

4 mg por 100 ml

Contenido de sulfuros volátiles

Decoloración de papel de acetato de plomo correspondiente a 0.05 mg de Na2S por 20 cm2 de superficie de caucho

Cadmio

Método de ensayo internacional

ww

Constituyentes extractables con agua, no volátiles con vapor

*ejemplo: Substancias oxigenables Figura 60

Auxiliares de Procesamiento en Artículos Farmacéuticos

71

Los siguientes auxiliares de procesamiento del rango de productos de Schill & Seilacher cumplen con los requisitos de 21 CFR 177.2600 (FDA): STRUKTOL A 50 L STRUKTOL A 60 STRUKTOL EF 44 STRUKTOL 60 NS

ria

l

STRUKTOL 60 NS FLAKES STRUKTOL ZEH

y la Recomendación XXI BgVV (antes BGA):

m

STRUKTOL A 50 L

5 co T

STRUKTOL ZEH-DL

STRUKTOL EF 44

STRUKTOL TS 35-DL

ce.

t an e!

STRUKTOL TS 35

r w. ea

En los siguientes productos se reseñan aquellos que son utilizados con éxito en artículos farmacéuticos.

nu

PD FC

STRUKTOL WB 212 es un plastificante en emulsión basado en ésteres de ácidos grasos de alto peso molecular y exhibe una buena compatibilidad con todos los elastómeros apropiados para artículos farmacéuticos. Es un buen lubricante que no sólo mejora el flujo sino también la dispersión, da muy buen desempeño como desmoldante y posee reacción neutra. El agua contenida en STRUKTOL WB 212 puede retardar la vulcanización de los Halo-IIR. En este caso es aconsejable reemplazarlo por el STRUKTOL WB 222.

ww

STRUKTOL WB 222 es un éster de ácidos grasos saturados de cadena larga, posee muy buen efecto lubricante y propiedades desmoldantes. El producto es prácticamente insoluble en agua y tiene reacción neutra.

STRUKTOL WB 16, es una mezcla de jabones de calcio y amidas de ácidos grasos saturados de cadena larga, se lo menciona como un excelente lubricante con muy buenas propiedades de mojado promoviendo la dispersión. Luego del tratamiento de esterilización es de esperar que muestre una pequeña reacción alcalina y se recomienda sólo en bajas dosis.

STRUKTOL A 50 L es una mezcla de jabones de zinc de ácidos grasos saturados y no saturados y por lo tanto actúa como un peptizante físico. Debido a la longitud de la cadena hidrocarbonada es prácticamente no extractable. Por tal motivo se espera una baja demanda de permanganato de potasio.

Se mejora considerablemente el efecto desmoldante.

STRUKTOL ZEH, zinc-2-etilhexanoato es un jabón de zinc soluble en caucho, cuando reemplaza al ácido esteárico reduce la tensión de relajación. El producto cumple con 21 CFR 177.2600.

No está recomendado para elastómeros halogenados.

Auxiliares de Procesamiento en Artículos Farmacéuticos

72

STRUKTOL WS 180 es un buen lubricante y posee un sobresaliente efecto de despegue. Al igual que el STRUKTOL WB 16 es posible obtener en el extracto acuoso una pequeña reacción alcalina. Se recomiendan dosis bajas. Puede retardar la cura de Halobutílicos.

STRUKTOL PERMALEASE, en sus distintos grados, son adecuados como desmoldantes para artículos farmacéuticos dado que, cuando son correctamente aplicados, forman un film semipermanente que se adhiere fuertemente al molde.

ria

l

STRUKTOL MC-A y STRUKTOL MC-B son compuestos de limpieza de molde muy efectivos que permiten dicha limpieza in situ. Deben ser únicamente utilizados si se puede garantizar que en el molde no está presente ninguna amina residual, ejemplo, que uno o dos calentamientos sucesivos (ciclos de moldeado) sean descartados.

ce.

nu

ww

PD FC

r w. ea

t an e!

m

5 co T

Es posible utilizar un rango de auxiliares de procesamiento para artículos farmacéuticos de manera de facilitar y mejorar su procesabilidad.

Auxiliares de Procesamiento en Artículos Farmacéuticos

73

Ecología y Toxicología de los Auxiliares de Procesamiento Los siguientes comentarios se aplican a los productos Struktol y a su fabricación.

ria

l

La mayoría de los auxiliares de procesamiento pueden verse como productos toxicológicamente inocuos y ecológicamente favorables. Las materias primas son predominantemente compuestos orgánicos, naturales o sintéticos bien definidos, los que están registrados y poseen un comportamiento toxicológico y ecológico conocido. Los procesos de fabricación son inspeccionados, autorizados y cumplen con severas regulaciones. Estos son requisitos previos a una producción constante y muy limpia, y los productos son fabricados de acuerdo a especificaciones muy estrictas con una composición exactamente definida.

Los clientes están siempre informados por medio de la correspondiente Hoja de Seguridad(MSDS).

Los certificados referentes a cada despacho les permiten controlar la consistencia del proceso productivo y de los productos que reciben.

m

5 co T

Los productos sólidos son suministrados, casi exclusivamente, como pastillas. Se garantiza un método de manipuleo fácil y libre de polvo. Las pastillas son fáciles de transportar, de almacenar en silos y de pesar en equipos automáticos. Las bolsas se pueden vaciar sin residuos y no requieren el tratamiento de residuo peligroso. Las pastillas tienen un rango favorable de fusión y ablandamiento de modo que son fácil y rápidamente incorporadas en el compuesto.

ce.

t an e!

En general los aditivos son fáciles de dispersar, una propiedad que se espera de los agentes lubricantes y dispersantes. De esta forma el procesamiento en general es muy eficiente. La fácil y rápida incorporación y dispersión de las pastillas puede, además del efecto básico de los productos, contribuir a acortar el ciclo de mezclado y reducir el consumo de energía.

r w. ea

Una ventaja ecológica esencial al utilizar auxiliares de procesamiento es su contribución a una producción más estable que da lugar a considerablemente menores rechazos y menores problemas de disposición de desperdicios. Donde se producen desperdicios y rechazos es ventajoso que la mayoría de los aditivos sean biodegradables.

nu

PD FC

Térmicamente, la mayoría de los auxiliares son relativamente estables y no cambian durante el procesamiento y la vulcanización, de modo que existe poco riesgo respecto a la formación de productos de descomposición volátiles.

ww

Varios de los auxiliares de procesamiento cumplen con las regulaciones para artículos en contacto con alimentos como se establece en 21 CFR 117.2600 (FDA) y la Recomendación XXI BgVV(BGA).

Además de la higiene normal y de la buena práctica industrial observada en las fábricas de caucho, no se requieren especiales medidas de precaución en el manipuleo de la mayoría de los productos.

Ecología y Toxicología de los Auxiliares de Procesamiento

74

Lubricantes Debido a su especial efecto lubricante, estos productos mejoran las características de flujo y por lo tanto mejoran la procesabilidad de los compuestos durante la extrusión, calandrado, moldeado, etc.

Estos aditivos reducen la viscosidad, promueven la dispersión, reducen el ciclo de mezclado y bajan las temperaturas de mezclado y los requisitos energéticos. A menudo es más fácil el desmolde debido a la menor pegajosidad del compuesto vulcanizado. La compatibilidad con la mayoría de los polímeros es buena y la influencia en la reticulación puede prácticamente desestimarse. Mejoran la terminación superficial de los artículos de caucho.

Composición química:

Struktol WB 222

Ester de ácidos grasos saturados

Struktol WB 212

Emulsión de ésteres de ácidos grasos de alto peso molecular en un medio orgánico

Struktol WB 16

Mezcla de jabones de calcio y amidas de ácidos grasos saturados

Struktol WB 42

Mezcla de ácidos grasos y derivados de ácidos grasos

Struktol WA 48

Mezcla de jabones de zinc y ésteres de ácidos grasos saturados

Struktol A 60

Struktol A 91F

ria m

5 co T

nu

Mezcla de ésteres de ácidos grasos de alto peso molecular y jabones de ácidos grasos en un medio orgánico

Jabones de zinc de ácidos grasos no saturados.

Jabones de zinc de ácidos grasos no saturados

ww

Struktol A 50 P

ce.

t an e!

Mezcla de ácidos grasos, jabones y alcoholes de alto peso molecular en un medio orgánico

PD FC

Struktol FL

r w. ea

Struktol W 33 FL

l

Nombre del producto:

Mezcla especial de jabones de zinc de alto peso molecular

Struktol EF 44

Mezcla de derivados de ácidos grasos (en especial jabones de zinc)

Struktol WS 180

Compuesto de organosilicona

Struktol WS 280

Compuesto de organosilicona en un medio inorgánico

Struktol ZB47

Mezcla especial de jabones de zinc.

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

75

PRODUCTS FUNCTIONS

WB 222

WB 212

WB 16

WB 42

WA 48

W 33F

FL

A 50P

A 60

A 91 F

z z

Mastication/peptisation

EF 44

WS 180

WS 280

z

Homogeniser

z z z z z z z

Filler dispersant

ria

l

Die swell Building tack Surface improvement

5 co T

z z z

Low-temperature flexibility

z z z z z

Lubricants/release effect

LEVEL

SBR

2-5

z

z z

z

z z z

PD FC

BR

1-3

EPDM

2-5

CR

CSM CM

ECO FPM IIR

Halo IIR

2-4

2-5

2-5

z z z z z z z z z z z

z

ww

NBR

1-3

nu

POLYMER

r w. ea

phr min/max

ce.

Prevents bagging

t an e!

m

Plasticity

NR

2-4

2-4

z z

z z

z

z

1-3

1-3

1-3

z

z z

z

Muy bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

z

Bueno 76

Peptizantes Los peptizantes promueven la reducción del peso molecular del polímero por medios químicos y por lo tanto aumentando la eficiencia del masticado del caucho. Esto da como resultado una reducción de la viscosidad y del nervio y por lo tanto una mejora en la procesabilidad del polímero y de los compuestos mezclados con él. Nuestros peptizantes de alta dispersabilidad aseguran una más rápida incorporación y una mejor distribución del peptizante, ayudando a resolver el problema de puntos calientes y mejorando la uniformidad mezcla a mezcla.

Composición Química:

Struktol A 82

Mezcla de complejos orgánicos metálicos, peptizante y agentes dispersantes orgánicos e inorgánicos

Struktol A 84 NS

Aditivo para una suave masticación. Es no-manchante

Struktol A 86

Mezcla de complejos orgánicos metálicos, agentes peptizantes y dispersantes orgánicos e inorgánicos

Struktol A 89

Mezcla de complejos orgánicos metálicos, peptizante y agentes dispersantes orgánicos e inorgánicos

Struktol A 95

Pentaclorotiofenol al 45% con agente activador en agente dispersante

Struktol LP 152

Dispersión acuosa de un disulfuro aromático y un complejo metálico. Para uso en fase látex.

ce.

nu

ww

PD FC

r w. ea

t an e!

m

5 co T

ria

l

Nombre del Producto:

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

77

PRODUCTS FUNCTIONS Mastication/peptisation

A 82

A 84NS

A 86

A 89

A 95

LP 152

z

z

Homogeniser

Die swell

Low-temperature flexibility ¿

z

Plasticity

NR

1-3

0.2-0.5

0.1-0.3

0.2-0.5

EPDM NBR CR

CSM

ww

BR

0.8-2.0

PD FC

SBR

nu

POLYMER

r w. ea

phr

ce.

Prevents bagging

t an e!

Lubricants/release effect

m

Surface improvement

5 co T

Building tack

ria

l

Filler dispersant

CM

ECO FPM IIR

Halo IIR Muy bueno

z Bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

¿ Utilizable

78

Homogeneizantes y Agentes de Pegajosidad Los homogeneizantes hacen más fácil la mezcla de diferentes polímeros y promueven su compatibilidad. Ellos hacen que la masa que se mezcla sea más compacta y por lo tanto aumenta el efecto de mezclado, obteniéndose compuestos con una mejor y más rápida distribución y mayor homogeneidad.

ria

l

A menudo los homogeneizantes aumentan la pegajosidad de los compuestos pero también aumentan las propiedades de flujo. Por la utilización de homogeneizantes pueden mejorar las propiedades mecánicas de los vulcanizados. En compuestos basados en caucho butílico, se observa una menor permeabilidad a los gases además de una mejor procesabilidad y distribución de las cargas.

Composición Química:

Struktol 40 MS

Mezcla de resinas de hidrocarburo aromáticas y alifáticas oscuras

Struktol 60 NS

Mezcla de resinas de hidrocarburos alifáticos livianos de color claro.

Struktol 53 NS

Resina de hidrocarburo aromático liviano

Struktol HP 55

Mezcla de resinas de hidrocarburo oscuro y derivados de ácidos grasos

r w. ea

Resinas blandas alifáticas y aromáticas

PD FC

Resinas blandas alifáticas y aromáticas

ww

Struktol TS 35-DL

Struktol TS 50

Resinas blandas alifáticas y aromáticas en un soporte inorgánico

nu

Struktol TS 30-DL

Struktol TS 35

ce.

Mezcla de resinas alifáticas y aromáticas

Struktol TH 20

Struktol TS 30

t an e!

m

5 co T

Nombre del Producto:

Resinas blandas alifáticas y aromáticas en un soporte inorgánico

Resina sintética aromática

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

79

PRODUCTOS

40 MS

53 NS

60 NS

HP 55

TH 20

TS 30

TS 35

Homogeneizante

●

●

✹

●

Dispersión de la carga

●

●

●

●

●

✹

✹

Hinchamiento en boquilla

✹

●

✹

✹

●

●

●

Pegajosidad en crudo

▲

●

●

▲

TS 50

FUNCIONES

Flexibilidad a baja temperatura Efecto lubricante / despegue

EPDM NBR CR

CSM

✹

ria ✹

●

●

3-8

5-30 5-30 5-10

▲ ▲ ▲ ✹ ✹ ▲

✹

✹

●

●

✹

● ●

●

●

●

●

●

●

●

●

ww

PD FC

BR

✹

nu

SBR

4-10 4-10 4-10 5-15

r w. ea

NR

✹

ce.

t an e!

phr POLIMERO

✹

m

Plasticidad Evitar el embolsado

✹

5 co T

Mejora superficial

l

Masticación / peptización

●

●

●

✹

✹

✹

✹

✹

✹

✹

CM

ECO

FPM

●

IIR

●

●

Halo IIR

✹ Muy bueno

● Bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

▲

Utilizable 80

Plastificantes Los plastificantes mejoran la flexibilidad y el comportamiento elástico del vulcanizado. Ellos tienen un efecto favorable sobre la procesabilidad de los compuestos. Ciertos tipos otorgan una buena resistencia al aire caliente o aumentan la conductividad eléctrica.

A menudo los plastificantes hacen más fácil la incorporación de alta cantidad de carga y mejoran la dispersión.

Composición Química:

Struktol WB 300

Mezcla de ésteres alifáticos y aromáticos de alto peso molecular

Struktol WB 350

Mezcla de ésteres alifáticos y aromáticos de alto peso molecular

Struktol KW 400

Ester de polietilenglicol

Struktol KW 460

Ester de polietilenglicol

Struktol KW 500

Ester alifático - aromático

ce.

t an e!

Dibutil- metilen bis- tioglicolato

r w. ea

Struktol KW 600

ww

nu

Ester de polietilenglicol

PD FC

Struktol AW 1

m

5 co T

ria

l

Nombre del Producto:

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

81

PRODUCTOS

WB 300

WB 350

KW 400

KW 460

KW 500

KW 600

AW 1

●

●

●

●

●

●

✹

Mejora superficial

●

●

Flexibilidad a baja temperatura

▲ ▲ ▲ ▲

✹

✹

●

✹

FUNCIONES Masticación / peptización Homogeneizante Dispersión de la carga

ria

l

Hinchamiento en boquilla

Efecto lubricante / despegue

✹

✹

✹

●

Resistencia a la extracción

r w. ea

phr

NR

BR

EPDM NBR CR

CSM

ww

PD FC

SBR

nu

5-30 5-30 5-30 5-30 5-30 5-30

POLIMERO

✹

●

ce.

Evitar el embolsado

●

t an e!

Plasticidad

●

m

Resistencia a altas temperaturas

✹

5 co T

Pegajosidad en crudo

✹ ✹ ✹

✹ ✹

5-20

▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ● ▲ ✹ ✹

✹ ✹

✹ ✹

✹ ✹

● ● ● ● ✹ ✹ ✹

CM

ECO

✹

✹

FPM IIR Halo IIR

✹

Muy bueno

●

Bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

▲ Utilizable 82

Preparaciones de óxidos metálicos Debido a la forma de estas preparaciones, los óxidos metálicos tienen mejor estabilidad al almacenaje, son más fáciles de pesar y manipular y dan una dispersión óptima. Estos productos no producen polvo y son estables ante influencias externas.

Nombre del Producto:

Composición Química:

Struktol Neozinc

Óxido de zinc: Agente dispersante:

Struktol LZ 67

Óxido de zinc: Agente dispersante:

Struktol Perlzink 91 D

Óxido de zinc: Agente dispersante:

Struktol WB 700

Óxido de zinc: Agente dispersante:

Struktol ZIMAG 29/43

Óxido de zinc: Oxido de magnesio: Agente dispersante:

nu

l ria 91 % 9%

29 % 43 % 28 %

75 % 25 %

75 % 25%

50 % 30 % 20 %

ww

Sustancia activa (ZnO2 mín. 55 %, ZnO): Agente dispersante inorgánico: Agente dispersante orgánico:

91 % 9%

m

ce.

r w. ea

Oxido de magnesio: Agente dispersante:

PD FC

Struktol ZP 1014

66.7 % 33.3 %

5 co T

t an e!

Oxido de magnesio: Agente dispersante:

Struktol WB 900

Struktol WB 902

67 % 33 %

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

83

PRODUCTOS

LZ 67

✹

●

Compuestos esponjados

✹

✹

Activación de la vulcanización Mejora de la resistencia al desgarre en caliente

●

FUNCIONES

PERLZINK 91 D

WB 700

Zimag 29/43

WB 900

●

✹

✹

●

✹

✹

✹

●

●

●

ria

NEOZINC

Pastillas

Pastillas

Esferas

Polvo

Polvo

1.5

1.5

1.1

1.1

--

7.5

7.5

5.5

5.5

8

Compuestos con extrema baja viscosidad

WB 902

ZP 1014

Activación de la carga

t an e!

Factor de carga phr

SBR BR

NBR CR

CSM CM

✹ ✹

✹ ✹

✹ ✹

✹

l Polvo

Polvo

1.33

1.33

2

4

4

10

✹ ✹

✹

✹

✹

✹

✹

✹

✹

✹

✹

✹ ✹

✹ ✹

✹ XNBR

✹

ww

PD FC

EPDM

✹ ✹

nu

NR

r w. ea

POLIMERO

Polvo

ce.

Aspecto

●

m

Limpieza del molde

●

5 co T

Desmolde

●

✹

ECO

✹ ✹ ✹ ✹

✹ ✹ ✹ ✹

FPM IIR

Halo IIR

✹

Muy bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

●

Bueno

84

Preparaciones de azufre Mejoran el manipuleo y la distribución del azufre.

No producen polvo y permiten obtener una excelente dispersión del azufre.

Composición Química:

Struktol SU 95

Azufre soluble: Agente dispersante orgánico:

95 % 5%

Struktol SU 105

Azufre soluble: Agente dispersante orgánico: Agente dispersante inorgánico:

50 % 33 % 17 %

Struktol SU 120

Azufre soluble: Agente dispersante orgánico: Agente dispersante inorgánico:

83 % 16 % 1%

Struktol SU 50

Azufre total: (Azufre insoluble: 45 %) Agente dispersante orgánico: Agente dispersante inorgánico:

50 %

ria

ce.

r w. ea

50 % 20 % 30 %

nu

75 % 24 % 1%

ww

PD FC

Azufre total: (Azufre insoluble: 67.5 %) Agente dispersante orgánico: Agente dispersante inorgánico:

20 % 30 %

m

5 co T

t an e!

Azufre total: (Azufre insoluble: 45 %) Agente dispersante orgánico: Agente dispersante inorgánico:

Struktol SU 109

Struktol SU 135

l

Nombre del Producto:

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

85

soluble

PRODUCTOS

insoluble

FUNCIONES

SU 95

SU 105

SU 120

SU 50

SU 109

SU 135

Compuestos con extrema baja viscosidad

●

✹

●

✹

●

●

●

✹

●

✹

●

●

Compuestos esponjados

Limpieza del molde Aspecto

Polvo

EPDM

CR

CSM CM

ECO

Polvo

2

1.33

1.33

✹ ✹ ● ✹ ✹ ✹

✹ ✹ ● ✹ ✹ ✹

✹ ✹ ✹

✹ ✹ ✹

✹ ✹ ✹

✹ ✹

✹ ✹

✹ ✹

● ●

● ●

● ●

✹ ✹

✹ ✹

● ●

ww

PD FC

NBR

1.2

nu

BR

2

Polvo

✹ ✹ ● ✹ ✹ ✹

r w. ea

NR

1

Polvo

ce.

POLIMERO

SBR

Polvo

t an e!

Factor de carga

Pasta

m

Desmolde

5 co T

ria

Activación de la vulcanización Mejora de la resistencia al desgarre en caliente

l

Activación de la carga

FPM IIR

Halo IIR

✹

Muy bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

●

Bueno

86

Activadores de la vulcanización Los activadores de la vulcanización son productos que tienen un fuerte efecto de activar la reacción de reticulación de los cauchos dienos. Afectan la velocidad de vulcanización, aumentan la densidad de reticulación y la resistencia a la reversión, particularmente cuando estos son utilizados en dosis altas.

En la mayoría de los casos mejoran en forma evidente las propiedades dinámicas de los productos vulcanizados. Los activadores 73 A o ZEH pueden reemplazar al ácido esteárico ya sea total o parcialmente. Debido a su buena compatibilidad no existe tendencia al afloramiento.

Composición Química:

Struktol Aktivator 73 A

Mezcla de jabones de zinc de ácidos carboxílicos alifáticos y aromáticos

Struktol ZEH

2 - etil hexanoato de zinc.

Struktol ZEH - DL

2 - etil hexanoato de zinc en soporte inorganico (sílice)

Struktol IB 531

Sales amínicas, ligadas a cargas altamente activas

ce.

nu

ww

PD FC

r w. ea

t an e!

m

5 co T

ria

l

Nombre del Producto:

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

87

Activator 73 A

FUNCIONES Compuestos con extrema baja viscosidad

Mejora de la resistencia al desgarre en caliente

●

✹

●

✹

✹ ● ●

0.5/3

ce.

✹ ● ● ● ●

3

✹ ✹

●

●

nu

r w. ea

PD FC

CR

2/4

t an e!

POLIMERO

NBR

●

m

NIVEL phr aprox.

EPDM

✹

5 co T

Aspecto

BR

✹

ria

✹

Activación de la vulcanización

SBR

✹

●

Compuestos esponjados

NR

IB 531

●

Activación de la carga

Desmolde

ZEH

l

PRODUCTOS

CSM CM

ww

ECO FPM

● ✹

IIR

Halo IIR

✹

Muy bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

●

Bueno

88

Agentes desmoldantes Los agentes desmoldantes permiten un más fácil desmolde luego de la vulcanización. Ellos forman un recubrimiento semipermanente sobre la superficie del molde. Se reducen las incrustaciones en. el molde y también la fricción en la superficie del mismo. Debido a estos efectos, el tiempo muerto del molde es substancialmente reducido y por lo tanto los costos de producción disminuyen. También se reduce la cantidad de scrap.

Composición Química:

Struktol Permalease 10

Polímero reticulable basado en organosilicona disuelto en hidrocarburos (libre de CFC)

ria

l

Nombre del Producto:

Propulsor de la versión en spray: propano / butano

Polímero reticulable basado en organosilicona disuelto en hidrocarburos (libre de CFC)

5 co T

Struktol Permalease 20

Propulsor de la versión en spray: propano / butano

Polímero reticulable basado en organosilicona, emulsionado en agua

Struktol Permalease 80

Polímero reticulable basado en organosilicona, emulsionado en agua

t an e! nu

ww

PD FC

ce.

Polímero basado en organosilicona reticulable atemperaturas bajas, emulsionado en agua

r w. ea

Struktol Permalease 90

m

Struktol Permalease 70

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

89

PERMALEASE

PRODUCTOS 10

FUNCIONES

20

70

80

90

Compuestos con extrema baja viscosidad Activación de la carga

l

Compuestos esponjados

m

Limpieza DEL molde

t an e!

Aspecto

EPDM

PD FC

NBR

nu

r w. ea BR

✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ● ● ✹ ● ● ●

CR

CSM

ww

CM

ECO FPM IIR

Halo IIR

✹

Muy bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ● ● ● ● ✹ ✹ ● ● ● ● ● ● ● Bueno

✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ● ● ✹ ● ● ●

✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ● ● ✹ ● ● ●

ce.

POLIMERO

SBR

5 co T

✹ ✹ ✹ ✹ ✹

Desmolde

NR

ria

Activación de la vulcanización Mejora de la resistencia al desgarre en caliente

90

Agentes desmoldantes para mandriles(mangueras conformadas) Los agentes de despegue de mandril son lubricantes líquidos sintéticos que reducen drásticamente la fricción entre la manguera cruda y el mandril y, posteriormente en el proceso, entre la manguera vulcanizada y el mandril caliente. Por estos medios ellos reducen el esfuerzo requerido para empujar la manguera cruda sobre el mandril y también para extraerla del mismo una vez vulcanizada. En muchos casos ellos pueden ser la única manera de hacer posible esta operación. Son térmicamente estables, no tienen efecto sobre la goma, son toxicológicamente inocuos y se pueden eliminar con agua. La mayoría de los tipos se degradan biológicamente con facilidad en las plantas de tratamiento de efluentes.

Composición Química:

Struktol MR 150

Preparación basada en un polieter de alto peso molecular (libre de silicona)

Struktol MR 161

Mezcla de polímeros solubles en agua (libre de silicona)

Struktol MR 187

Mezcla de polímeros solubles en agua (libre de silicona)

Struktol MR 221

Mezcla de polímeros solubles en agua (libre de silicona)

Struktol MR 226

Mezcla de polímeros solubles en agua (libre de silicona)

ria m

5 co T

t an e!

r w. ea

ce.

Preparación basada en un poliéter de alto peso molecular (libre de silicona)

Struktol MR 247

ww

nu

Mezcla de polímeros solubles en agua (libre de silicona)

PD FC

Struktol MR 322

l

Nombre del Producto:

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

91

PRODUCTOS FUNCIONES

MR MR MR MR MR MR MR 150 161 187 221 226 247 322

Compuestos con extrema baja viscosidad Activación de la carga Compuestos esponjados

ria

l

Activación de la vulcanización Mejora de la resistencia al desgarre en caliente

Limpieza del molde

m

Aspecto

5 co T

Desmolde

t an e!

POLIMERO

SBR

EPDM NBR

PD FC

CR

CSM

● ● ● ✹

● ● ● ✹ ✹

● ● ● ● ✹

● ● ● ✹

nu

r w. ea

BR

▲ ▲ ▲

ce.

● ● ● ✹

NR

CM

✹

ww

ECO FPM

✹

AEM

Halo IIR

✹

Muy bueno

● Bueno

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

▲ Utilizable

92

PRODUCTOS FUNCIONES

Compuestos para la limpieza de moldes Estos compuestos vulcanizables limpian los moldes, evitando costosos procesos de limpieza de los mismos y por lo tanto aumentando la productividad de los moldes y la vida útil de su cavidad.

MC- MCA B

Compuestos con extrema baja viscosidad Activación de la carga Compuestos esponjados

Mejora de la resistencia al desgarre en caliente

Composición química Compuesto vulcanizable

Struktol MC - B

Compuesto vulcanizable

Desmolde

Limpieza del molde POLIMERO

t an e!

NR

m

Struktol MC - A

5 co T

Nombre del producto:

ria

l

Activación de la vulcanización

SBR

ce.

nu

ww

PD FC

r w. ea

BR

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

EPDM NBR CR

CSM CM ECO

✹

✹

✹ ● ● ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹

✹ ● ● ✹ ✹ ✹ ✹ ✹ ✹

✹ ✹

✹ ✹

FPM IIR Halo IIR

✹

Muy bueno

● Bueno

93

Agentes regenerantes PRODUCTOS FUNCIONES

Los agentes regenerantes catalizan la depolimerización oxidativa del caucho durante el proceso de regeneración.

GR 100

Compuestos con extrema baja viscosidad Activación de la carga

Activación de la vulcanización

Mezcla de sulfuros de diarilo y emulsificantes especiales

ria

Struktol GR 100

Compuestos esponjados

Composición química

l

Nombre del producto:

Mejora de la resistencia al desgarre en caliente

5 co T

Desmolde

Limpieza del molde

m

Aspecto

t an e!

POLIMERO NR

ce.

nu

ww

PD FC

r w. ea

SBR

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

BR

EPDM NBR CR

✹ ✹ ● ✹ ✹ ✹

CSM CM ECO FPM IIR Halo IIR

✹

Muy bueno

✹ ✹ ● Bueno

94

Estudios comparativos de aplicación de Agentes Lubricantes.

LubricantesSeleccionados en NBR 65Sh A Ensayo de Flujo Espiral - Llenado de la Cavidad Formulación 1730 100.

0 50.0 5.0 1.0 1.0 10.0 1.5 1.0 5.0

ria

l

NBR 34 % ACN, 48 Mooney FEF N-550 ZnO Ácido esteárico TMQ DOP TETD STRUKTOL SU 50 Auxiliar de procesamiento

5 co T

[g] 8 7 6 5

m

4

1 0

WB 212

WB 222

WB 16

r w. ea

Control

W 36

W 33 F

A 50 P

ce.

2

t an e!

3

nu

CONTROL

ww

PD FC

Lubricantes Seleccionados en NBR 65 SH A Propiedades Físicas Estudio 1730

VISCOSIDAD MOONEY ML 100 ºC (1+4)

60

WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

55

54

55

58

56

53

Cura: 15'/160 ºC

MODULO A 300%

[Mpa]

9.5

8.8

8.6

8.8

8.9

8.3

7.9

CARGA DE ROTURA

[Mpa]

13.7

13.4

12.5

13.0

12.9

13.1

12.0

[%]

460

480

490

460

490

490

490

64

63

64

64

64

63

62

10

10

9

15

11

11

19

ALARGAMIENTO LA ROTURA

A

DUREZA Shore A DEFORMACIÓN PERMANENTE POR COMPRESION 22h/70ºC

[%]

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

95

Lubricantes Seleccionados en CR 75 SH A Ensayo de Flujo Espiral - Llenado de la Cavidad Formulación 1402 Baypren: C 210 Maglite DE FEF N-550 Aceite Nafténico Acido Esteárico ZnO STRUKTOL ETU 75 Auxiliar de procesamiento

l

[g] 6

100.

0 4.0 50.0 10.0 1.0 5.0 5.0 5.0

ria

5 4

2 1 0 WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

ce.

t an e!

m

C o ntro l

5 co T

3

WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

92

76

70

71

80

74

Cura: 15'/170 ºC

ww

VISCOSIDAD MOONEY ML 100 ºC (1+4)

CONTROL

nu

PD FC

r w. ea

Lubricantes Seleccionados en CR 75 SH A Propiedades Físicas Estudio 1402

MODULO A 100%

[MPa]

7.0

6.8

6.3

5.6

6.5

5.8

CARGA DE ROTURA

[MPa]

17.3

15.3

17.2

16.8

16.9

17.3

[%]

190

180

200

210

200

200

76

77

76

76

77

75

11

12

10

15

13

10

ALARGAMIENTO LA ROTURA

A

DUREZA Shore A

DEFORMACIÓN PERMANENTE POR COMPRESION 22h/70ºC

[%]

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

96

Lubricantes Seleccionados en EPDM 65 SH A Ensayo de Flujo Espiral - Llenado de la Cavidad Formulación 2509 100.

0 50.0 5.0 10.0 1.0 2.5 0.3 5.0

l

Keltan 520 FEF N-550 ZnO Aceite Parafínico Acido Esteárico TMTD Azufre Auxiliar de procesamiento

ria

[g] 6 5

3 2 1 0 WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

ce.

r w. ea

t an e!

Co ntro l

m

5 co T

4

nu

CONTROL

ww

PD FC

Lubricantes Seleccionados en EPDM 65 SH A Propiedades Físicas Estudio 2509

VISCOSIDAD MOONEY ML 100 ºC (1+4)

86

WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

77

70

78

80

82

72

Cura: 15'/170 ºC

MODULO A 300%

[Mpa]

6.5

5.9

5.4

6.0

5.4

4.5

*)

CARGA DE ROTURA

[Mpa]

16.3

16.0

13.5

15.7

15.8

15.3

*)

[%]

650

700

700

700

730

850

*)

65

65

64

63

63

63

*)

26

25

27

29

27

26

*)

ALARGAMIENTO LA ROTURA

A

DUREZA Shore A DEFORMACIÓN PERMANENTE POR COMPRESION 22h/70ºC

[%]

*) muy blando para ensayar

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

97

Lubricantes Seleccionados en IIR 60 SH A Ensayo de Flujo Espiral - Llenado de la Cavidad Formulación 1686 Butyl 268 FEF N-550 ZnO Aceite Nafténico Acido Esteárico STRUKTOL MB T 75 TMTD STRUKTOL SU 95 Auxiliar de procesamiento

ria

l

[g] 6

100.00 50.00 5.00 10.00 1.00 0.67 1.30 1.50 5.00

5 4

2 1 0 WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

ce.

r w. ea

t an e!

C o ntro l

m

5 co T

3

CONTROL

WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

69

60

57

58

62

62

59

ww

VISCOSIDAD MOONEY ML 100 ºC (1+4)

nu

PD FC

Lubricantes Seleccionados en IIR 60 SH A Propiedades Físicas Estudio 1686

Cura: 25'/170 ºC

MODULO A 300%

[Mpa]

6.0

5.2

4.7

4.9

4.7

4.9

3.3

CARGA DE ROTURA

[Mpa]

10.3

9.5

9.7

9.6

9.6

9.8

10.2

[%]

500

530

560

540

540

540

720

60

58

58

60

59

58

59

ALARGAMIENTO LA ROTURA DUREZA Shore A

A

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

98

Lubricantes Seleccionados en BR 60 SH A Ensayo de Flujo Espiral - Llenado de la Cavidad Formulación 1710 100.0 50.0 5.0 10.0 1.0 1.0 1.3 2.0 5.0

l

Buna CB 10 FEF N-550 ZnO HA Aceite TMQ Acido Esteárico STRUKTOL CBS 70 STRUKTOL SU 95 Auxiliar de procesamiento

ria

[g] 6 5

3 2 1 0 WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

ce.

t an e!

WB 212

r w. ea

C o ntro l

m

5 co T

4

CONTROL

WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

78

71

70

64

70

72

64

ww

VISCOSIDAD MOONEY ML 100 ºC (1+4)

nu

PD FC

Lubricantes Seleccionados en BR 60 SH A Propiedades Físicas Estudio 1710

Cura: 20'/150 ºC

MODULO A 300%

[Mpa]

8.5

7.7

7.5

7.8

7.9

7.7

8.2*)

CARGA DE ROTURA

[Mpa]

11.6

11.3

11.2

10.5

11.3

12.1

9.6

[%]

410

440

450

420

440

490

350

63

61

61

61

62

60

63

29

35

36

45

36

48

54

ALARGAMIENTO LA ROTURA

A

DUREZA Shore A DEFORMACIÓN PERMANENTE POR COMPRESION 22h/70ºC

[%]

*) cura: 30'/150 ºC

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

99

Lubricantes Seleccionados en SBR 65 SH A Ensayo de Flujo Espiral - Llenado de la Cavidad Formulación 2526 100.0 50.0 5.0 1.0 10.0 1.5 1.0 0.6 5.0

ria

l

SBR 1502 FEF N-550 ZnO Acido Esteárico Aceite Nafténico TETD TMTD STRUKTOL SU 95 Auxiliar procesamiento

[g] 8

5 co T

7

de

6 5 4 3

m

2

WB 212

WB 222

WB 16

r w. ea

C o ntro l

W 36

W 33 F

A 50 P

ce.

0

t an e!

1

nu

CONTROL

ww

PD FC

Lubricantes Seleccionados en SBR 65 SH A Propiedades Físicas Estudio 2526

VISCOSIDAD MOONEY ML 100 ºC (1+4)

76

WB 212

WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

60

58

57

56

66

58

Cura: 20'/150 ºC

MODULO A 300%

[Mpa]

11.6

10.3

9.5

9.2

10.0

10.3

10.1

CARGA DE ROTURA

[Mpa]

13.2

13.1

13.4

11.9

12.7

12.8

13.2

[%]

350

390

410

400

400

390

400

66

64

63

65

65

63

63

12

14

13

14

12

13

17

ALARGAMIENTO LA ROTURA

A

DUREZA Shore A DEFORMACIÓN PERMANENTE POR COMPRESION 22h/70ºC

[%]

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

100

Lubricantes Seleccionados en NR 60 SH A Ensayo de Flujo Espiral - Llenado de la Cavidad Formulación 1677 100.0 50.0 5.0 1.0 10.0 0.5 3.3 0.3 5.0

ria

l

SMR CV 60 FEF N-550 ZnO Acido Esteárico HA Aceite TMQ STRUKTOL TMTD/75 STRUKTOL SU 95 Auxiliar de procesamiento

[g] 5

5 co T

4 3

m

2

WB 212

WB 222

WB 16

r w. ea

C o ntro l

W 36

W 33 F

A 50 P

ce.

0

t an e!

1

nu

PD FC

Lubricantes Seleccionados en NR 60 SH A Propiedades Físicas Estudio 1677 WB 222

WB 16

W 36

W 33 F

A 50 P

57

54

57

52

55

57

51

[min]

10

11

11

9

9

11

12

MODULO A 300%

[Mpa]

13.6

10.4

10.4

10.7

10.1

11.4

10.3

CARGA DE ROTURA

[Mpa]

19.1

18.1

18.7

18.3

18.2

18.2

18.4

[%]

430

470

480

480

490

470

480

60

59

60

60

60

60

60

21

23

23

24

26

23

24

ww

WB 212

VISCOSIDAD MOONEY ML 100 ºC (1+4)

Cura a 150 ºC

CONTROL

ALARGAMIENTO LA ROTURA

A

DUREZA Shore A DEFORMACIÓN PERMANENTE POR COMPRESION 22h/70ºC

[%]

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

101

Altas velocidades de extrusión con STRUKTOL WB 16

Formulación 2965

ria

l

STRUKTOL WB 16 fue evaluado en SBR 1778 y en SBR 1712, utilizando una formulación académica, como ejemplos de elastómeros no polares.

Se usó una extrusora de laboratorio con alimentación fría, GS 30/k-10D (Troester), equipada con una boquilla para cordón de 6 mm, a una velocidad del tornillo de 50 min-1.

Para los compuestos de control la cantidad de muestras fue de n = 5 y, para los ensayos de extrusión más rápida, conteniendo el STRUKTOL WB 16 fue de n = 4.

-1

-2

-3

SBR 1778 1)

100.0

100.0

-

SBR 1712 2)

-

-

100.0

100.0

SRF N-774

75.0

75.0

75.0

75.0

ZnO

5.0

5.0

5.0

5.0

PD FC

MPT 3) S

1.0

1.0

1.0

m

5 co T

-

1.0

ce.

1.0

1.0

1.0

-

4.0

-

4.0

1.3

1.3

1.3

1.3

0.4

0.4

0.4

0.4

2.0

2.0

2.0

2.0

nu

STRUKTOL WB 16 MBTS

1.0

r w. ea

TMQ

t an e!

Ácido esteárico

-4

ww

1) Nominal ML 100 (1+4) = 49 2) Nominal ML 100 (1+4) = 52

3) Bis-(4-metil-piperazino)-tiuramdisulfuro

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

102

Propiedades vulcanizadas (Cura: 15'/160 ºC)

-1

-2

-3

-4

[Mpa]

5.7

5.0

5.4

4.3

CR

[Mpa]

13.9

15.0

14.7

13.8

ER

[%]

190

220

240

270

Rebote

[%]

44

39

35

31

68

68

68

67

CP, 22 h/70 ºC

[%]

ria

10

13

12

16

2.0

2.0

2.0

2.0

-1

[m.min-1]

3.3

nu

Velocidad de extrusión

ce.

r w. ea

Extrusión

t an e!

m

S

5 co T

SH A

l

M 100

-2

-3

-4

4.27

3.45

4.17

[g.m-1]

60

56

57

54

Caudal

[g.min-1]

196.2

238.3

197.7

225.0

[bar]

53

40

51

42

86

84

85

83

PD FC

Peso del extrudado

ww

Presión del material

Temperatura del material

[ºC]

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

103

Estudios comparativos: STRUKTOL WS 280 en Pasta en FKM

l

Los lubricantes seleccionados(WB222 y WS180) fueron evaluados en caucho fluorado curado con peróxido comparándolos con cera carnauba .

Se realizaron pruebas de inyección en un Arburg Allrounder 220-90-350, máquina del tipo de inyección a tornillo. Se utilizó un "Molde Araña " DuPont a fin de examinar las propiedades de flujo y desmolde.

ria

Resultados

5 co T

El STRUKTOL WS 280 en Pasta es el que mejor se comporta en el ensayo de flujo y da un excelente desmolde. No se observan signos de contaminación del molde.

El STRUKTOL WB 222 tuvo un comportamiento un tanto inferior a la cera carnauba.

m

El STRUKTOL WS 180 da un buen flujo en el molde y un moderado desmolde. En su comportamiento es similar a la carnauba.

N 990

100.0

100.0

30.0

30.0

PD FC

Oxido de zinc, activo1) STRUKTOL WB 222

ce.

-2

nu

Viton GBL-90

-1

r w. ea

Formulación 3841.1

t an e!

El control exhibe un flujo pobre y se adhiere fuertemente al molde con las coladas desgarradas. Se observaron importantes incrustaciones en el molde

3.0

3.0

-3

-4

-5

100.0

100.0

100.0

30.0

30.0

30.0

3.0

3.0

3.0

2.0

ww

STRUKTOL WS 180

2.0

STRUKTOL WS 280 Pasta Cera carnauba

2.0 2.0

Diak Nº. 82)

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

Luperco 101 3)

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

1) Utilizado como un aceptor ácido 2) Isocianurato de trimetilalilo, coagente (DuPont) 3) 2.5-dimetil-2.5-bis(t-butilperoxi)hexano, líquido (ATOCHEM)

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

104

ce.

nu

ww

PD FC

r w. ea

t an e!

m

5 co T

ria

l

Flujo en Molde Ara帽a

CERA CARNAUBA

Figura 61

Ejemplos para la Aplicaci贸n de los Auxiliares de Procesamiento

105

Estudios comparativos: STRUKTOL WB 42 - Estudio de Afloramiento El STRUKTOL WB 42 fue evaluado en un compuesto de EPDM, 75 Shore A, vulcanizado con peróxido. Fue comparado con un producto competitivo (Competencia A) sabiendo que contiene cantidades variantes de alcohol estearílico (1-octadecanol). El alcohol estearílico posee una solubilidad limitada en caucho y por lo tanto es susceptible de aflorar.

El STRUKTOL WB 42 está constituido por materias primas bien definidas, exhibe una excelente uniformidad y no contiene alcohol de ácido graso.

Control Keltan 720 1)

90.0

25.0

25.0

5.0

5.0

5.0

1.0

1.0

1.0

7.5

-

-

25.0

PD FC

STRUKTOL WB 42

-

7.5

-

-

-

7.5

ww

Competencia A

90.0

nu

Trígonox 17/40 2)

100.0-

90.0

r w. ea

Sunpar 2280

TMQ

100.0

ce.

FEF N-550

ZnO

Prueba 2

t an e!

100.0

Prueba 1

m

Formulación 2982

5 co T

ria

l

Como se muestra en la Figura 62, aún a altos valores de dosaje, hasta 10 phr fueron utilizados en este estudio, el STRUKTOL WB 42 no causó afloramiento. Sin embargo, el Competencia A produjo un afloramiento importante. Las propiedades del vulcanizado se mantuvieron en un nivel aceptable

1) Tipo DCP de EPDM (DSM)

2) 4,4-diter.butilperoxi n-butilvalerato, 40 % (Flexsys)

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

106

Prueba 1

Prueba 2

ML 100 (1+4)

100.0

100.0

100.0-

ODR a 160 ºC

90.0

90.0

90.0

t2

25.0

25.0

25.0

t90

5.0

5.0

5.0

Resistencia a la Tracción.

[Mpa] 13.2

Alargamiento de rotura

[%]

210

Dureza

[ºSh]

74

4.1

12.6

12.6

270

280

73

71

ce.

25

23

nada

Fuerte

nu

nada

Estudio de Afloramiento - EPDM

ww

PD FC

Afloramiento

17

r w. ea

Deformación por compresión [%] 22h/70 ºC

4.1

m

[Mpa] 5.9

t an e!

Módulo 100 %

5 co T

Vulcanizado: 15'/160 ºC

ria

Control

l

Propiedades físicas

Figura 62

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

107

Estudios de aplicación:STRUKTOL ZP 1014 - Agente de cura para XNBR El STRUKTOL ZP 1014 es una preparación al 50 % de peróxido de zinc el cual se utiliza como un activador de cura de acción más segura en NBR carboxilado. El peróxido de zinc disponible comercialmente se produce haciendo reaccionar óxido de zinc con peróxido de hidrógeno en proceso húmedo.

ria

l

Mientras el óxido de zinc no tratado reacciona rápidamente con las posiciones carboxílicas del elastómero el STRUKTOL ZP 1014 no reacciona. A fin de que reaccione, el peróxido debe ser descompuesto en óxido de zinc por el calor y por ácidos orgánicos, como el ácido esteárico, a las temperaturas de vulcanización.

5 co T

En al figura 63 se muestra como la seguridad de prevulcanización y la estabilidad en la estantería de un compuesto típico de XNBR pueden mejorarse por el óxido de zinc con diferentes grados de actividad.

Se ilustran el Scorch Mooney luego del almacenaje y el Scorch de reómetro luego de 24 horas. La comparación incluye una dispersión de peróxido de zinc al 50 % en polímero(similar al Struktol ZP1014).

m

Peróxido de Zinc vs. Diferentes Oxidos de Zinc Scorch y Estabilidad en Almacenaje

10 9

7 6 5 4

PD FC

3 2 1

Mooney Scorch MS 150 °C, t5 [min] 24 h/RT 4 w/RT 8 w/RT

nu

r w. ea

8

ce.

t an e!

Zinc Peroxide vs. different Zinc Oxide Scorch and Shelf Stability

0

1) 2

ww

ZnO

BET-surface [m²/g] ODR at 160 °C t2[min] 1) 50 % ZnO 2 in NBR

6.2

ZnO

ZnO

ZnO

1.5 - 2.2

8

25

4.3

2.5

2.5

Figura 63

En contraste con los peróxidos orgánicos que producen uniones C-C, la reacción entre los grupos carboxílicos y el óxido proveniente de la descomposición del peróxido de zinc resulta en uniones iónicas.

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

108

Estudios comparativos: STRUKTOL ZEH vs. Ácido Esteárico en NR El zinc 2-etilhexanoato (ZEH) es un activador soluble en caucho bien conocido, mayormente usado en compuestos de NR para mejorar las características de stress por relajación y reducir el “creep”. Este se utiliza principalmente en combinaciones con sistemas de cura VE solubles. Este estudio muestra la influencia del STRUKTOL ZEH en la consistencia de las propiedades dinámicas den un sistema VE soluble.

ria

l

Como se ve en los resultados, el módulo dinámico (E'), módulo de pérdida (E'') y el factor de pérdida tangente de delta pueden variar significativamente si los compuestos conteniendo ácido esteárico son almacenados durante un período largo de tiempo. También la compresión permanente a temperatura ambiente es mejor con ZEH, mientras a elevadas temperaturas, el ácido esteárico da resultados ligeramente mejores.

100.0

ZnO

5.0

Ácido esteárico

2.0

PD FC

MBS

2.0

TMTD

25.0 2.0

-

-

2.0

1.44

1.44

0.6

0.6

0.6

0.6

ww

S

5.0

nu

STRUKTOL ZEH

25.0

r w. ea

SRF N-762

100.0

ce.

SMR CV 60

Flectol H

Ácido Esteárico

t an e!

ZEH

m

Formulación 2608

5 co T

Los ensayos dinámicos fueron realizados con un Dynaliser (Bergougnan/Bélgica), y la dispersión de los resultados está expresada como porcentaje de desviación respecto del valor medio. La cantidad de muestras fue n = 8.

Propiedades vulcanizadas: (Cura: 20'/150 ºC) M 300

[Mpa]

4.9

5.2

C.R.

[Mpa]

26.0

26.9

E.R.

[%]

610

610

Rebote

[%]

69

68

46

49

SH A C.P. 3d/TA

[%]

10

13

C.P. 22h/70 ºC

[%]

21

20

Ejemplos para la Aplicación de los Auxiliares de Procesamiento

109

Propiedades Dinﾃ｡micas

Muestras vulcanizadas 24 h luego del mezclado

0.005 0.05 0.1 0.5 1 15 10 100

2.95 2.01 2.03 2.09 2.11 2.18 2.21 2.34

5% 4% 3% 4% 4% 5% 5% 8%

E' (N/mm2)

0.005 0.05 0.1 0.5 1 15 10 100

2.16 2.23 2.25 2.3 2.33 2.39 2.41 2.52

1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1%

E'' (N/mm2)

0.0405 0.0469 0.0490 0.0543 0.0567 0.0628 0.0656 0.0760

nu

ww

TAN DELTA

0.0182 0.0224 0.0238 0.0274 0.0291 0.0333 0.0353 0.0424

5% 3% 3% 3% 3% 4% 5% 7%

ce.

Frecuencia

PD FC

0.0355 0.0451 0.0484 0.0572 0.0615 0.0727 0.0781 0.0992

t an e!

r w. ea

ﾃ…ido Esteﾃ｡rico

1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 2%

E'' (N/mm2)

Ejemplos para la Aplicaciﾃｳn de los Auxiliares de Procesamiento

m

E' (N/mm2)

5 co T

Frecuencia

ria

l

STRUKTOL ZEH

3% 2% 1% 1% 1% 2% 3% 4%

TAN DELTA

0.0187 0.0211 0.0218 0.0236 0.0244 0.0263 0.0272 0.0302

3% 1% 1% 1% 2% 3% 3% 4%

110

Muestras vulcanizadas 16 dﾃｭas luego del mezclado STRUKTOL ZEH

5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 4%

ﾃ…ido Esteﾃ｡rico

E' (N/mm2)

0.005 0.05 0.1 0.5 1 15 10 100

1.99 2.06 2.09 2.16 2.19 2.27 2.3 2.45

E'' (N/mm2)

8% 4% 3% 5% 6% 10 % 11 % 16 %

21 % 21 % 22 % 25 % 26 % 30 % 32 % 40 %

TAN DELTA

.0238 .0275 .0287 .0318 .0332 .0366 .0382 .0439

ce.

.0472 .0568 .0602 .0688 .0729 .0837 .0890 .109

nu

r w. ea

20 % 20 % 20 % 20 % 20 % 20 % 20 % 20 %

0.0185 0.0222 0.0234 0.0265 0.0279 0.0315 0.0331 0.0390

6% 6% 8% 13 % 15 % 20 % 22 % 29 %

ww

PD FC

10 % 5% 4% 4% 5% 8% 10 % 15 %

t an e!

Frecuencia

0.0307 0.0378 0.0403 0.0468 0.0499 0.0579 0.0618 0.769

l

1.66 1.71 1.73 1.77 1.79 1.85 1.87 1.97

TAN DELTA

ria

0.005 0.05 0.1 0.5 1 15 10 100

E'' (N/mm2)

m

E' (N/mm2)

5 co T

Frecuencia

Ejemplos para la Aplicaciﾃｳn de los Auxiliares de Procesamiento

111

Estudios comparativos: Homogeneizaci贸n NBR/EPDM 70/30 (Brabender sin la placa frontal)

ce.

nu

ww

PD FC

r w. ea

t an e!

m

5 co T

ria

l

STRUKTOL 60 NS FLAKES a 5 phr

Figura 64

Ejemplos para la Aplicaci贸n de los Auxiliares de Procesamiento

112

l ria m

5 co T ce.

t an e! nu

r w. ea ww

PD FC

Figura 65

Ejemplos para la Aplicaci贸n de los Auxiliares de Procesamiento

113

Casos prácticos:Cuarteamiento

l

El cuarteamiento es un efecto superficial limitado a los vulcanizados de color claro. Es causado por los agentes atmosféricos: La luz ultravioleta induce la oxidación de la superficie y se forma una película de caucho oxidado.

Bajo la influencia del calor y humedad se desarrolla un cuarteamiento o efecto "cocodrilo", por ejemplo, pequeñas grietas irregulares (similares a aquellas encontradas en cerámica) se observan en los vulcanizados. La superficie de los vulcanizados se cubre con una estructura irregular de arrugas comparables a la piel de naranja (Figura 66)

r w. ea

Figura 66

ce.

t an e!

m

5 co T

ria

Vulcanizado no protegido mostrando el cuarteamiento

La exposición prolongada a la luz ultravioleta dará como resultado un endurecimiento y fragilidad superficial acompañado de una apariencia atizada.

nu

ww

PD FC

Mientras los vulcanizados negros son más resistentes a la luz ultravioleta que los de color claro, estos últimos requieren de la adición de fenoles alquilados o aralquilados como antioxidantes no manchantes. Los materiales de la fórmula distintos a los antioxidantes no tienen influencia en el cuarteamiento.

Casos prácticos:Escarchado

Este término describe a un blanqueamiento o engrisado de la superficie de los vulcanizados. Este fenómeno es causado por un ataque del ozono, particularmente en condiciones calientes y húmedas, en vulcanizados bajo tensión conteniendo cargas blancas como ser sílice.

El escarchado es debido a la exposición de las partículas de la carga en la superficie del vulcanizado.

Para evitar el escarchado se recomienda usar jabones de zinc en vez de peptizantes químicos. Ellos deben ser combinados con ZMBT y colofonia, a 0.5 phr cada uno, en la etapa de masticación a fin de desactivar el ozono y el oxígeno. Es deseable una óptima dispersión de la carga. En el ciclo normal de mezclado se incorpora una cantidad adicional de antioxidante y cera protectora del ozono.

Información Util Adicional

114

LITERATURA Obtenible de Schill & Seilacher, Hamburgo Trabajo Nº. 12

El uso de resinas homogeneizadoras (40 MS/60 NS) a fin de ahorrar energía y reducir los ciclos de mezclado Auxiliares de procesamiento STRUKTOL para la industria del caucho moderna.

Teoría y aplicación de los auxiliares de procesamiento.

Uso de auxiliares de procesamiento para resolver problemas de procesamiento de neumáticos Agentes de procesamiento en compuestos de elastómeros para la industria del cable.

Propiedades de extrusión de un compuesto de EPDM STRUKTOL 40 MS en halobutilo.

Ejemplo de un compuesto para revestimiento interno de neumáticos Utilización de STRUKTOL WB 16 para mejoramiento de flujo Flujo mejorado de los compuestos de NR mediante la utilización de STRUKTOL WB 16.

Organosiliconas como auxiliares de procesamiento en la industria del caucho Mejoramiento de la relajación de tensión utilizando el jabón de zinc soluble STRUKTOL ZEH Mejor capacidad de procesamiento de las mezclas de caucho con STRUKTOL WB 212 y STRUKTOL WB 222 STRUKTOL Aktivator 73 - un activador de jabón de zinc para sistemas de vulcanización con azufre.

Jabones de Zinc. Nueva evaluación de su aplicación y propiedades en la industria del caucho Resinas de homogeneización en la industria del caucho Auxiliares de procesamiento para la industria del recauchutaje Jabones de zinc. La nueva generación.

Trabajo Nº. 15 Trabajo Nº. 21 Trabajo Nº. 26

ria

l

Trabajo Nº. 31 Trabajo Nº. 2175 Información Nº. 58

5 co T

Información Nº. 59 Información Nº. 62

m

Información Nº. 63

Información Nº. 65

Información Nº. 67

PD FC

Información Nº. 68 Información Nº. 69

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Información Nº. 70

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r w. ea

Información Nº. 66

ce.

t an e!

Información Nº. 64

Información Util Adicional

115

l ria m

5 co T ce.

t an e! nu

r w. ea ww

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