Proceso de vulcanización del hule (caucho) –

Parte 1

Antes de la colonización de América, en Europa no se conocía un material con las características elásticas del hule (caucho) natural. Los exploradores que siguieron a Cristóbal Colón se mostraron muy sorprendidos al encontrar a los pobladores originarios del continente jugando con una pelota fabricada a partir de una sustancia lechosa que extraían de los árboles. Según describieron en sus crónicas, esta pelota rebotaba más alto del sitio del que se lanzaba. Aunque en Europa ya existían juegos similares, en América esto se realizaba utilizando una vejiga de cerdo inflada como balón¹.

Ing. Alejandro Esquivel de la Garza (MEX)

COLUMNISTA Especialista en polímeros, adhesivos y compuestos. aesquivel@quimicosypolimeros.com

De acuerdo a los historiadores, en el año 1.300 a.C. -en la zona del altiplano central y las costas del sur de México- se han encontrado los asentamientos de lo que se llamó el “país del hule” (OLMAN). Desde allí, los Olmecas extendieron el conocimiento sobre el empleo del hule hacia Centroamérica². No es de sorprendernos que este ancestral conocimiento del producto los llevara a contar con una gran diversidad de usos además de la fabricación de la pelota: la impermeabilización de tejidos, usos rituales, ofrendas, botas de goma, incienso, etc.².

En este artículo, estaremos utilizando indistintamente el término “hule”, derivado de la lengua nahua, que llamaba así al producto obtenido del sangrado de cierta especie de árboles “Ollin”. Término que después se convertiría en “Ulli”². Por otro lado, el término “caucho” deriva de la lengua quechua del Perú¹ (“caa” de la madera y “o-chu” de fluir o gotear). También utilizaremos el término “elastómero”, aunque este se acuñó en épocas más recientes para referirse principalmente a los hules sintéticos.

Así las cosas, recientes estudios analíticos fueron realizados por diversas universidades y centros de investigación³ 8. Las muestras obtenidas de la pelota usada en el juego azteca y la reproducción de recetas obtenidas de las notas de los historiadores -las cuales describen su proceso de fabricación- han llegado a confirmar que se realizaban ciertas mezclas con diversos materiales obtenidos de plantas y otros elementos naturales para mejorar las características finales del hule natural

Aunque no ha sido posible identificar la presencia de entrecruzamientos azufre - carbón mediante técnicas analíticas como la de Resonancia Magnética Nuclear (posiblemente por un contenido inferior al rango de detección del instrumento), los ensayos dinámico - mecánicos confirman su presencia por diferencias en el comportamiento viscoelástico del producto tratado con dichas sustancias, cuando se compara contra el hule virgen obtenido directamente del árbol.

Como hoy sabemos, los hules son macromoléculas poliméricas gigantes. Sin embargo, la mayoría no desarrollan propiedades mecánicas que permitan su uso en aplicaciones industriales (con excepciones de algunos hules termoplásticos). Por ello, tienen que ser sometidas a procesos de entrecruzamiento químico (vulcanización), para generar redes intermoleculares con propiedades mecánicas y viscoelásticas que ofrezcan un desempeño adecuado para las diversas aplicaciones donde se desean utilizar.

CH 3 CH 3

- CH-C= CH-CH2-CH2-C=CH-CH-

- CH-C= CH-CH2-CH2-C=CH-CH-

Para obtener el máximo de propiedades de desempeño para polímeros como el hule natural o los hules sintéticos, además del azufre para generar los “puentes” o entrecruzamientos intermoleculares, se requiere utilizar una serie de aditivos para optimizar la cantidad y dimensiones de los mismos.

No fue hasta 1839 cuando Charles Goodyear descubrió el proceso de vulcanización del hule para obtener una mejora considerable en el desempeño del hule natural al mezclarlo con azufre y calentarlo a altas temperaturas. Desde entonces, este proceso ha evolucionado hasta alcanzar los niveles tecnológicos que conocemos hoy en día, no solo para el hule natural sino también para una gran variedad de hules sintéticos que se han desarrollado con las nuevas tecnologías de polimerización.

De ello dependen algunas de las propiedades finales del producto vulcanizado como la dureza (fuerza requerida para generar una deformación mediante la aplicación de un indentor), rigidez o flexibilidad (esfuerzo para producir una deformación en general), módulos (esfuerzo requerido para generar una deformación dada por estiramiento), tensíles (resistencia a la deformación esfuerzo en tensión), elongación a la ruptura (máxima capacidad de elongación), elasticidad (capacidad para regresar a la forma original después de una deformación dada), entre otras. Asimismo, las condiciones y velocidad a las cuales se generan dichos entrecruzamientos durante el proceso de vulcanización dependerán de las características de dichos aditivos

Los aditivos más comúnmente usados, que deben estar presentes en una formulación para vulcanización de hules natural o sintéticos basados en azufre, a fin de obtener un desempeño y productividad óptimos, son:

Azufre: a casi dos siglos del descubrimiento de su uso en el proceso de vulcanización por Charles Goodyear, el azufre sigue siendo el agente de vulcanización por excelencia. Hoy continúa siendo parte de uno de los procesos más usados para la fabricación de productos basados en hules natural o sintéticos vulcanizados5. Su función es generar los “puentes” intermoleculares entre las cadenas poliméricas para generar la reticulación de la masa.

Aceleradores: son compuestos químicos que, al ser añadidos en cantidades pequeñas, aceleran notablemente la reacción entre el caucho y el azufre para generar los “puentes” intermoleculares5 La clasificación más conocida es la que se basa en su velocidad de reacción: lenta, media, rápida y ultra rápida

Activadores: sustancias químicas empleadas en la formulación para obtener el máximo rendimiento de los acelerantes. Los más usados son el óxido de zinc combinado con ácido esteárico5

Plastificantes: son sustancias que se adicionan en cantidades considerables en la formulación para mejorar la capacidad de deformación del compuesto polimérico6. En ocasiones, se utilizan en cantidades mayores al contenido de hule, lo que impacta directamente en el costo del producto5

Ayudas de proceso: son materiales que, a diferencia de los plastificantes, adicionados en pequeñas cantidades mejoran la procesabilidad de los hules durante la formulación. También ayudan a dispersar algunos otros ingredientes en el compuesto Generalmente, los más utilizados son derivados de ácidos grasos.

Cargas: son sustancias que se incorporan en la formulación para aportar diversas funciones. Se clasifican en general como reforzantes e inertes. Las primeras generan un notable efecto de mejora en las propiedades de desempeño del compuesto (por ejemplo, el negro de humo), mientras que las segundas solo se utilizan para incrementar el volumen del producto para reducción de costos y no producen ninguna mejora en las propiedades finales del compuesto. De hecho, al rebasar ciertos niveles, algunas de las propiedades se ven afectadas (carbonatos, kaolin, etc.).

Retardantes: son productos químicos definidos como inhibidores de prevulcanización. Reducen la precocidad del sistema de acelerantes5 y son utilizados en la fabricación de piezas de gran tamaño o procesos donde se requiere una seguridad adicional para evitar este efecto. Por ejemplo, en procesos de extrusión. Actualmente, solo se manejan dos tipos: los compuestos ácidos y de ciclohexilt ioftalamida.

Agentes de protección: la mayor parte de los cauchos utilizados hoy en día contienen en su molécula centros reactivos para facilitar la reacción de vulcanización por azufre, generalmente dobles enlaces. Esta característica los hace susceptibles al ataque de agentes oxidantes como el oxígeno, el ozono y la luz ultravioleta. No solo durante su almacenamiento como materias primas, sino también durante las etapas de procesamiento para formulación y vulcanización, donde son sometidos generalmente a condiciones extremas de trabajo y temperatura.

También son susceptibles durante el período de vida útil del producto terminado, el cual puede ser sometido a condiciones extremas en presencia de estos agentes degradantes. Por esta razón, se debe considerar incluir en la formulación sustancias que, mediante diversos mecanismos físicos y/o químicos, protejan a los polímeros durante toda su vida útil.

En las próximas entregas, como parte del compromiso de Químicos y Polímeros Corporation ® S.A. de C.V. (Quimipol ®) que ofrece soporte técnico a clientes, estaremos revisando en detalle la naturaleza, características y funcionalidad de cada uno de los materiales arriba mencionados dentro del proceso de vulcanización, a fin de ofrecer al lector información técnica complementaria que pueda tomar en consideración cuando realice el desarrollo o ajuste de sus formulaciones para compuestos elastoméricos vulcanizados.

Referencias

1. IISRP, “Caucho Sintético, La historia de una industria”, 1973, International Institute of Synthetic Rubber Producers Inc, Ed. Desconocida, impreso en Holanda.

2. Martínez C. F., Viesca T.C., Valdez G.J., Flores O.H., Sanfilippo B. J. “El hule En México”, 1986, Industrias Negromex SA de CV, Ed. Copilco. México DF. Mex.

3. Hosler D, Burkett S, Tarkanian M, “Prehistoric Polymers; Rubber Processing in Ancient Mesoamerica”, Science Magazine, Jun, 1999, vol. 284, No.5422, pg.1988.

4. Hofmann W, Vulcanization and Vulcanizing Agents, Maclaren and Sons LTD / Palmerton Publishing Co. Inc. Great Britain.

5. Royo J., “Manual de tecnología del caucho”, Ed. Reclamo técnico, 1989, Barcelona, España.

6. Barlow Fred, “Rubber Compounding Principles Materials and Techinques”, Es. Marcel Drekker inc, New York.

7. Chandrasekaran Ch, “Anticorrosive Rubber Lining”, 2017, -5 Basic Chemical-Resistant Ebonite Formulations ISBN 978-0-323-4437.

8. Hellmuth N, “Ancient ingredient that makes rubber balls bounce”, mecicolore 2020.

9. Mexicolore

10. Hunebed Nieuwscafe

11. Edupics

COLUMNISTA sebastianbtesh@gmail.com

Artículo técnico-comercial como contraprestación de patrocinio plata de la SLTC. Su contenido es

El 2022 fue un año difícil para el No sólo terminó con una sino que estuvo caracterizado por una debido a eventos inesperados, como la guerra entre Rusia y Ucrania, o el confinamiento de Shanghái.

Algo similar pasó con las tarifas de fletes marítimos, que comenzaron el año en máximos históricos y se derrumbaron hasta acercarse a valores similares a los pre-pandemicos.

Un escenario tan cambiante exige mantenerse informado sobre las variables que afectan las cotizaciones. En AlRubber, somos una empresa familiar que se dedica, desde el año 1997, a la exportación y trading de caucho y látex natural desde los principales países productores hacia Latinoamérica. Como parte de nuestro trabajo, analizamos permanentemente estos mercados, compartiendo esta información diariamente con nuestros clientes. En esta nota queremos repasar las claves del 2022 y qué esperamos para 2023.

CHINA, DE LA ESTRATEGIA COVID CERO A LA LIBERALIZACIÓN ¿Y DESPUÉS QUÉ?

China representa cerca de la mitad del consumo global de caucho natural. En consecuencia, fue el mayor responsable de la volatilidad del mercado en 2022. La evolución de su economía estuvo marcada por su política de COVID cero, que implicó grandes restricciones a la movilidad y confinamientos masivos durante todo el año. El más importante fue el lockdown de Shanghái, que se extendió durante todo abril. Esto implicó una menor demanda, dificultades para trabajar normalmente y retrasos del crecimiento económico.

Esta política fue abandonada de forma abrupta en diciembre, luego de que Xi Jinping fuera reelecto y tras protestas en diversos puntos del país. Pero lejos de impulsar la actividad, la liberación ha generado una ola de contagios que, de acuerdo a estimaciones privadas, habría alcanzado casi 4 millones de casos diarios, lo que frenó aún más la actividad. En diciembre la industria china registró la menor producción en el año, incluso por debajo del mes de abril.

Lo positivo es que, a medida que se vaya generando inmunidad de rebaño en la población, la vida en China irá regresando a la normalidad, dando un impulso considerable a la demanda de caucho en 2023. Sin embargo, esto no será tan rápido: los infectólogos estiman el pico de contagios para el mes que viene.

EUROPA Y ESTADOS UNIDOS: RECESIÓN EN PUERTA

En el resto del mundo, el 2022 tampoco fue un buen año en materia económica. La invasión a Ucrania y las sanciones a Rusia significaron un fuerte golpe para la UE, especialmente por el aumento de los costos de la energía. A su vez, la aceleración de la inflación no sólo golpeó el ingreso de los consumidores, sino que motivó subas en las tasas de interés (de 0,1 % a 4,4 % en el caso de la FED) que frenan la actividad económica.

En este caso, no somos particularmente optimistas respecto a 2023. La resolución de la guerra es todavía una incógnita y la inflación persiste más allá de una leve baja en los últimos meses. De acuerdo al FMI, las proyecciones de crecimiento a nivel global se ubican en apenas 2,7 % para este año, cuando a principios de 2022 las estimaciones eran de 3,6 %. Esto implica menor demanda global de la mayor parte de las commodities. El caucho no es la excepción.

LA PRODUCCIÓN DE CAUCHO CRECIÓ EN 2022, PERO PODRÍA FRENARSE EN EL FUTURO

Otro de los factores que impulsó la baja los precios del caucho ha sido el aumento de la producción en 2022. La misma habría cerrado en torno a 14.7 millones de toneladas, un 6,5 % más que en 2021 y un 4 % por encima de la estimación inicial de 14.1 millones de toneladas.

A partir de 2023, se espera que la oferta global crezca a una velocidad mucho menor, dado que los rindes prácticamente ya se han normalizado, y la baja expansión del área cultivada durante el período 2016- 2021 limita el potencial de crecimiento. Así, cuando se recupere la demanda, el mercado pasaría del exceso de oferta el exceso de demanda; posibilitando una recuperación de precios.

¿SEGUIRÁN CAYENDO LOS PRECIOS DE LOS FLETES?

Tras alcanzar niveles sin precedentes a finales del 2021, las tarifas interoceánicas se han derrumbado en los últimos meses (por ejemplo, las rutas con origen en China cayeron 62 % en 2022). Esto se debió tanto a una menor demanda global, como a una importante reducción de las demoras en la operación generadas por la pandemia entre 2020 y 2021.

Para el período 2023-2025, se proyecta un importante aumento de la capacidad instalada en la industria, lo que indicaría que los precios podrían seguir a la baja si la demanda no reacciona. No obstante, algunas empresas están implementando estrategias para moderar la caída, como la cancelación de envíos.

Esto implica que las estrategias de contratación deberán ser pensadas muy cuidadosamente para garantizar tanto tarifas competitivas como el abastecimiento en tiempo y forma, trabajando con proveedores que tengan compromiso con las cargas.

En AlRubber, contamos con acuerdos directos con armadores, lo que evita intermediarios y nos garantiza capacidad y prioridad de carga en los buques.

CONCLUSIÓN: MEJORES PERSPECTIVAS, PERO LA VOLATILIDAD SEGUIRÁ PRESENTE

En base a estos factores, todo parece indicar que los precios del caucho tendrían una recuperación moderada durante 2023, siendo la evolución de la economía china la principal fuente de incertidumbre, pero no la única. Los fletes podrían seguir a la baja, aunque posiblemente con oscilaciones y sin una tendencia tan marcada como la del 2022. De todas formas, en ambos casos seguiremos observando un mercado cambiante y con volatilidad.

En AlRubber, contamos con acuerdos directos con armadores, lo que evita intermediarios y nos garantiza capacidad y prioridad de carga en los buques.

Desde AlRubber, creemos que es fundamental mantenerse informado para poder responder rápidamente ante cambios inesperados, por lo que enviamos a nuestros clientes reportes de mercado de manera periódica. Adicionalmente, contamos con acuerdos directos con productores a gran escala en Tailandia, Malasia y Vietnam. Ofrecemos la posibilidad de contar con cotizaciones diarias, cerrar precios futuros y trabajar tanto con embarque inmediato como con embarque extendido. Esto nos permite ofrecer a nuestros clientes precios competitivos, a la vez que les brindamos herramientas importantes para poder planificar y tomar decisiones de alto impacto en el negocio. ■