RODILLOS DE CAUCHO EN LA INDUSTRIA DEL TINTADO DE LA MADERA
Por Angel Lanchas Hervalejo
Se presenta en este artículo el origen del caucho, la producción mundial de esta materia prima y algunas particularidades del mismo. Se abordaran temas relacionados a la formulación del caucho para hacer rodillos para la madera, así como todo el proceso productivo a la hora de fabricar el rodillo. .Se terminara el articulo haciendo referencia a las propiedades físico – químicas que deben cumplir este tipo de producto
Introducción
El sector de la madera ha evolucionado buscando una mayor calidad en el producto final, al tiempo que se mantiene una elevada capacidad de producción. La consecuencia de ambos objetivos es posible gracias al desarrollo tecnológico de la maquinaria utilizada, al que contribuye de forma sustancial la mejora de los rodillos de caucho.
En este sentido, resulta prácticamente imposible imaginar procesos en los que no exista participación de los rodillos de goma. En respuesta a las necesidades del sector, se fabrican productos con todo tipo de cauchos, como son, naturales, nitrilos, butilos, etileno, propileno y siliconas.
Los rodillos empleados en la industria de la madera están sometidos a importantes restricciones, de forma especial en su resistencia al ataque de productos químicos, disolventes y golpes mecánicos. Se dispone de formulaciones especificas para cada una de las aplicaciones que pueden encontrarse en el mundo de la madera.
Origen histórico
Algunas propiedades y usos del caucho ya eran conocidos por los indígenas del continente americano mucho antes de que, a partir de 1492, los viajes de Colón llevaran el caucho a Europa. Los indios peruanos lo llamaban cauchuc, ‘impermeable’, de ahí su nombre. Durante muchos años, los españoles intentaron imitar, sin éxito, los productos de los nativos resistentes al agua (calzados, abrigos y capas). El caucho fue en Europa una mera curiosidad de museo durante los dos siglos posteriores.
En 1731, el gobierno francés envió en una expedición geográfica a América del Sur al geógrafo matemático Charles de la Condamine, quien, en el año 1736, hizo llegar a Francia varios rollos de caucho crudo junto con una descripción de los productos que fabricaban con ello las tribus del valle del Amazonas. Esto reavivó el interés científico por el caucho y sus propiedades. En 1770, el químico británico Joseph Priestley descubrió que las marcas y trazos hechos con lápices se borraban frotando con caucho, y de ahí surgió su nombre en inglés, rubber.
Producción del caucho natural
La extensión de las zonas dedicadas al cultivo del caucho alcanzó su apogeo en los años inmediatamente anteriores a la II Guerra Mundial (1939-1945). En las posesiones británicas de la India, Ceilán (hoy Sri Lanka), Malaysia y el archipiélago Malayo, las plantaciones llegaron a ocupar cerca de 1.800.000 hectáreas. En las Indias Orientales bajo dominio holandés (hoy Indonesia), una extensión de cultivos de 1.400.000 ha completaban las 3.600.000 ha del total mundial, antes de la gran destrucción de cultivos del Lejano Oriente durante la II Guerra Mundial.
La importancia política y económica del caucho natural se puso en evidencia en el transcurso de dicha contienda, cuando se suspendió el suministro. Este fenómeno aceleró el desarrollo del caucho sintético en algunos países. En 1990, la producción mundial de caucho superó los 15 millones de toneladas, de las cuales 10 millones fueron de caucho sintético.
El caucho natural
Sustancia natural o sintética que se caracteriza por su elasticidad, repelencia al agua y resistencia eléctrica. Se obtiene de un liquido lechoso de color blanco llamado látex, que se encuentra en numerosas plantas de la especie Hevea Brasiliensis, de la familia de las Euforbiáceas originario del amazonas
En estado natural, el caucho aparece en forma de suspensión coloidal en el látex de plantas productoras de caucho. El caucho en bruto obtenido de otras plantas suele estar contaminado por una mezcla de resinas que deben extraerse para que el caucho sea apto para el consumo.
Recolección del caucho
Para recoger el látex de las plantaciones, se practica un corte diagonal en ángulo hacia abajo en la corteza del árbol. El corte tiene una extensión de un tercio o de la mitad de la circunferencia del tronco. El látex exuda desde el corte y se recoge en un recipiente. La cantidad de látex que se extrae de cada corte suele ser de unos 30 mml. Después se arranca un trozo de corteza de la base del tronco para volver a tapar el corte, normalmente al día siguiente. Cuando los cortes llegan hasta el suelo, se deja que la corteza se renueve antes de practicar nuevos cortes.
La coagulación
Cuando al caucho se le añade algún tipo de ácido, los hidrocarburos en suspensión, con pequeñas cantidades de otras sustancias se coagulan y pueden extraerse del líquido.
El ácido fórmico esta considerado como el mejor de los coagulantes para el caucho natural, empleándose también el ácido acético.
Los árboles jóvenes dan látex inestable u durante la sangría ha de añadirse al mismo algo de amoniaco para asegurar su estabilidad hasta su manufactura.
El intervalo de pH de 5,05 a 4,77 está el punto en que se efectúa la coagulación del caucho. Dicho intervalo se denomina también primera zona de sólido.
Propiedades físicas y químicas
El caucho bruto en estado natural es un hidrocarburo blanco o incoloro. El compuesto de caucho más simple es el isopreno o 2-metilbutadieno, cuya fórmula química es C5H8. A la temperatura del aire líquido, alrededor de -195 ºC, el caucho puro es un sólido duro y transparente. De 0 a 10 ºC es frágil y opaco, y por encima de 20 ºC se vuelve blando, flexible y translúcido. Al amasarlo mecánicamente, o al calentarlo por encima de 50 ºC, el caucho adquiere una textura de plástico pegajoso. A temperaturas de 200 ºC o superiores se descompone.
El caucho puro es insoluble en agua, álcalis o ácidos débiles, y soluble en benceno, petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono, Con agentes oxidantes químicos se oxida rápidamente, pero con el oxigeno de la atmósfera lo hace lentamente.
Los disolventes que más perjudican a los cauchos son: el benceno, el tricloroetileno, tetracloroetano, pentacloroetano, tetracloruro de carbono, cloroformo, tolueno, xileno,, keroseno y éter.
Procesos de fabricación de la manta del caucho
En la fabricación moderna de artículos de caucho natural se trata el caucho en máquinas con otras sustancias. La mezcla se procesa mecánicamente sobre una base, colocándose luego en moldes para su posterior vulcanizado.
Las fuentes principales del caucho puro son las láminas y planchas del látex de las plantaciones del árbol Hevea, además del látex no coagulado empleado en algunas industrias. El caucho reciclado, calentado con álcali de 12 a 30 horas, puede emplearse como adulterante del caucho crudo para rebajar el precio final del producto. La cantidad de caucho reciclado que se puede utilizar dependerá de la calidad del artículo que se quiera fabricar.
Aditivos
En la mayoría de los casos, el caucho bruto se mezcla con numerosas sustancias que modifican sus características. Existen aditivos que estiran el caucho pero no lo endurecen materialmente, como el carbonato de calcio y la baritina o sulfato de bario. También se añaden otras sustancias reforzantes para dar dureza al producto final, como el negro de humo, el óxido de cinc, el carbonato de magnesio y ciertas arcillas. Otros aditivos que se emplean son pigmentos, como el óxido de cinc, el litopón y muchos tintes orgánicos, y ablandadores, como ciertos derivados del petróleo (aceites y ceras), la brea de pino o los ácidos grasos, que se usan cuando el caucho es demasiado rígido para mezclarse con otras sustancias.
Maquinas masticadoras
Antes de mezclarlo con otras sustancias, el caucho es sometido a un proceso de trituración, llamado masticación, que lo vuelve suave, pegajoso y plástico. En este estado, el caucho está en mejores condiciones para mezclarse con otras sustancias como pigmentos, agentes vulcanizantes y otros aditivos secos.
Maquinas mezcladoras
El siguiente paso del proceso son las máquinas mezcladoras. Éstas se asemejan a las máquinas masticadoras, ya que en ambos casos tienen dos rodillos, pero en las mezcladoras, ambos rodillos giran en sentidos opuestos, mientras que en las masticadoras giran en el mismo sentido, pero a diferente velocidad. También se utilizan máquinas mezcladoras de cilindros cerrados para elaborar disoluciones y pegamentos de caucho mezclado con disolventes. Estos productos líquidos del caucho se emplean en tejidos impermeables y en artículos a los que se da forma introduciendo un molde en la disolución, como en el caso de los guantes de goma. Sin embargo, los ingredientes se mezclan casi siempre en frío para su posterior satinación, extrusión u otro proceso previo a la vulcanización.
La vulcanización del caucho
En 1834, el químico alemán Friedrich Ludersdorf y su colega estadounidense Nathaniel Hayward descubrieron que si le añadían azufre a la goma de caucho, reducían y eliminaban la pegajosidad de los artículos de caucho. En 1839, el inventor estadounidense Charles Goodyear, basándose en las averiguaciones de los químicos anteriores, descubrió que cociendo caucho con azufre desaparecían las propiedades no deseables del caucho, en un proceso denominado vulcanización. El caucho vulcanizado tiene más elasticidad y mayor resistencia a los cambios de temperatura que el no vulcanizado; además es impermeable a los gases y resistente a la abrasión, a los agentes químicos, al calor y a la electricidad. También posee un alto coeficiente de rozamiento en superficies secas y un bajo coeficiente de rozamiento en superficies mojadas por agua.
Caucho sintético para rodillos de tintado de la madera
Puede llamarse caucho sintético a toda sustancia elaborada artificialmente que se parezca al caucho natural. Se obtiene por reacciones químicas, conocidas como condensación o polimerización, a partir de determinados hidrocarburos insaturados. Los compuestos básicos del caucho sintético, llamados monómeros, tienen una masa molecular relativamente baja y forman moléculas gigantes denominadas polímeros. Después de su fabricación, el caucho sintético se vulcaniza.
El origen de la tecnología del caucho sintético se puede situar en 1860, cuando el químico británico Charles Hanson Greville Williams descubrió que el caucho natural era un polímero del monómero isopreno, cuya fórmula química es CH29C(CH3)CH9CH2. Durante los setenta años siguientes se trabajó en laboratorio para sintetizar caucho utilizando isopreno como monómero. También se investigaron otros monómeros, y durante la I Guerra Mundial químicos alemanes polimerizaron dimetilbutadieno (de fórmula CH29C(CH3)C(CH3)9CH2), y consiguieron sintetizar un caucho llamado caucho de metilo, de pocas aplicaciones.
Hubo que esperar hasta 1930 para que dos químicos, el estadounidense Wallace Hume Carothers y el alemán Hermann Staudinger, investigaran y contribuyeran al descubrimiento de los polímeros como moléculas gigantes, en cadena, compuestas de un gran número de monómeros. Entonces se consiguió sintetizar caucho de monómeros distintos al isopreno.
La investigación iniciada en Estados Unidos durante la II Guerra Mundial condujo a la síntesis de un polímero de isopreno con una composición química idéntica al caucho natural.
Tipos de caucho sintético
Se producen varios tipos de caucho sintético: neopreno, buna, caucho de butilo y otros cauchos especiales.
Neopreno
Uno de los primeros cauchos sintéticos logrados gracias a la investigación de Carothers fue el neopreno, el polímero del monómero cloropreno, de fórmula CH29C(Cl)CH9CH2. Las materias primas del cloropreno son el etino y el ácido clorhídrico. El neopreno fue desarrollado en 1931 y es resistente al calor y a productos químicos como aceites y petróleo.
Buna o caucho artificial
Químicos alemanes sintetizaron en 1935 el primero de una serie de cauchos sintéticos llamados buna o cauchos buna, obtenidos por copolimerización, que consiste en la polimerización de dos monómeros denominados comonómeros. La palabra buna se deriva de las letras iniciales de butadieno, uno de los comonómeros, y natrium (sodio), empleado como catalizador.
Caucho de butilo
Este tipo de caucho sintético, producido por primera vez en 1949, se obtiene por copolimerización de isobutileno con butadieno o isopreno. Es un plástico y puede trabajarse como el caucho natural, pero es difícil de vulcanizar. Aunque no es tan flexible como el caucho natural y otros sintéticos, es muy resistente a la oxidación y a la acción de productos corrosivos.
Otros cauchos especiales
Se han desarrollado numerosos tipos de cauchos con propiedades específicas para aplicaciones y usos especiales. Uno de estos cauchos especiales es el coroseal, un polímero de cloruro de vinilo (CH29CHCl). Estos polímeros son resistentes al calor, la corrosión y la electricidad, y no se deterioran por la acción de la luz ni por un almacenamiento prolongado. El coroseal no se puede vulcanizar, pero mientras no se le someta a altas temperaturas, se muestra más resistente a la abrasión que el caucho natural o el cuero.
Otro tipo de caucho especial es el tiocol, que se obtiene por copolimerización de dicloruro de etileno (CHCl9CHCl) y tetrasulfuro de sodio (Na2S4). Puede trabajarse y vulcanizarse como el caucho natural y es resistente a la acción de los aceites y los disolventes orgánicos usados en barnices; se emplea para aislamientos eléctricos pues no se deteriora con la luz ni la electricidad.
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Formulación del caucho para rodillos
Aditivos
En la mayoría de los casos, y en el caso concreto de rodillos para el mueble, el caucho natural se mezcla con numerosas sustancias que modifican sus características.
Estas sustancias aditivas tienden a darle unas características y prestaciones al caucho que las enumeramos a continuación:
Agentes reforzantes y de relleno:
Negro de carbono, asbestos, sílice, silicatos (mica, caolín), carbonato cálcico, talco, sulfato de bario, lithopón, óxido de zinc, estearato de zinc.
Pigmentos
Orgánicos e inorgánicos (óxido hierro, óxido titanio).
Lubricantes y ceras
Aceites aromáticos, nafténicos y parafínicos. Ceras parafínicas.
Aglutinantes
Hidrocarburos aromáticos policíclicos. Resinas: Poliolefinas, cumarona-indeno, fenol-formaldehído.
Plastificantes
Ftalatos (dibutilo, diisobutilo, dioctilo), sebacato de dioctilo, fosfatos (tricresilo, trixililo), alquitranes bituminosos, breas.
Antioxidantes, antiozonantes
Estos antioxidantes y antiozonantes protegen los cauchos de los efectos perjudiciales de la exposición a la atmósfera y luz solar. Estos compuestos son: Quinolinas, fenilnaftilaminas, parafenilendiaminas, difenilaminas, fenolatos, vinilfenoles,
Agentes de vulcanizado
Donadores de azufre, Óxidos de Selenio y Teluro. La proporción azufre-caucho varía entre un 1:40 para el caucho blando hasta un 1:1 en el caucho duro.
Acelerantes de vulcanizado
Aminas y productos de condensación aldehído-amina, ditiocarbamatos, guanidinas sulfenamidas, tiazoles, tioureas, tiuranes.
Agentes gasógenos
Para obtener productos de estructura celular, ya sea de celdillas abiertas o cerradas, se utiliza un gas que puede ser generado en el interior del material durante la vulc
anización o disuelto en éste a presión alta.
Fabricación del rodillo
Proceso de trituración
El caucho es sometido a un proceso de trituración, que lo vuelve suave, pegajoso y plástico.
En este proceso el caucho se mezcla con otras sustancias como pigmentos, cargas, agentes vulcanizantes y otros aditivos secos.
La masticadora es un molino de caucho, consistente en dos rodillos de acero, que rotan a velocidades diferentes a 180ºC en un recipiente para esquilar y amasar el caucho hasta que sea mezclado a una condición suave y flexible.
Maquinas mezcladoras
El siguiente paso del proceso son las máquinas mezcladoras.
Éstas se asemejan a las máquinas masticadoras, ya que en ambos casos tienen dos rodillos.
Pero en las mezcladoras estos giran en direcciones opuestas, y en las masticadoras los rodillos giran en la misma dirección pero a diferente velocidad.
Fabricación del rodillo
Calandrado y formación de la manta
Después de que el caucho ha sido elaborado en la mezcladora, pasa a la calandradora
El calandrado se realiza para ir preparando el caucho primero en forma de lamina y después en forma de cordón para su posterior revestido del rodillo metálico.
Vulcanización
Una vez formada la manta en el rodillo hay que vulcanizar el caucho.
La palabra vulcanización proviene de volcán, ya que, el azufre es de origen volcánico.
El proceso de vulcanización es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al calor. Fue descubierto por Charles Goodyear en 1839 por accidente, al volcar un recipiente de azufre en una sartén que contenía látex.
Durante la vulcanización, los polímeros lineales paralelos cercanos constituyen puentes de entrecruzamiento entre sí.
Esto forma un caucho más estable, duro, mucho más durable, más resistente al ataque químico y sin perder la elasticidad natural.
Rectificado
Una vez vulcanizada la manta, se procede a la operación de rectificado que consiste en llevar el rodillo con su superficie basta a ser rectificado mediante una muelas abrasivas colocadas en unos tornos.
Rugosidad superficial
Una propiedad muy importante en los rodillos d caucho para la madera es el estado de su rugosidad superficial, conseguida a traves de la máquina rectificadora.
Esta de mide mediante un rugosimetro longitudinal de precisión de milésimas de milímetro.
Rugosidad superficial
Una propiedad muy importante en los rodillos d caucho para la madera es el estado de su rugosidad superficial, conseguida a traves de la máquina rectificadora. Esta de mide mediante un rugosimetro longitudinal de precisión de milésimas de milímetro.
Verificación de prolongación de vida del caucho
Esta verificación se realiza en un horno de degradación de ozono. Este horno consigue duplicar en pocos días los resultados de años de uso corriente.
Esto permite a los técnicos medir rápidamente el deterioro causado por ciertas condiciones, en especial la exposición al oxígeno de la atmósfera.
FOTOS TOMADAS DE LAS EMPRESAS:
- LIKALE
- SAUER
- TECNOCAUCHO
- GUMIX
- DANONA
