martes, 22 de noviembre de 2011

Policloropreno (Neopreno)

INTRODUCCION 
El neopreno o policloropreno es una familia de cauchos sintéticos que se producen por polimerización del cloropreno. El neopreno, en general, tiene una buena estabilidad química y mantiene la flexibilidad en un amplio rango de temperaturas. Se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, tales como fundas para computadoras portátiles, aparatos ortopédicos (muñequera, rodillera, etc.), aislamiento eléctrico, membranas elastoméricas y correas para ventiladores de autos.
Una espuma de neopreno que contiene células de gas se utiliza como material aislante, sobre todo en trajes de neopreno. La espuma de neopreno también se utiliza en otros aislamientos y aplicaciones para protección de los golpes en empaques.

HISTORIA  
El neopreno fue inventado por los científicos de DuPont el 17 de abril 1930 después de que Elmer K. Bolton de los laboratorios DuPont asistió a una conferencia de Julius Arthur Nieuwland, profesor de química en la Universidad de Notre Dame. La investigación de Nieuwland se centraba en la química del acetileno y durante el curso de su trabajo produjo divinilacetileno, una gelatina que se transformó en un compuesto elástico similar al caucho, cuando lo pasó sobre dicloruro de azufre. Después de que DuPont compró los derechos de la patente a la universidad, Wallace Carothers de DuPont se hizo cargo del desarrollo comercial de los descubrimientos de Nieuwland en colaboración con el mismo Nieuwland. DuPont se centró en el monovinilacetileno y reaccionándolo con el gas cloruro de hidrógeno, fabricó cloropreno. El neopreno es el producto de la polimerización del cloropreno.
DuPont comercializó por primera vez el compuesto en 1931 bajo el nombre comercial DuPrene, pero su capacidad de ser comercializado se vio obstaculizada por el mismo proceso de fabricación, lo que dejó el producto con un olor fétido. Un nuevo proceso fue desarrollado, el cual eliminó el olor causado por los subproductos y redujo los costos de fabricación a la mitad, y la compañía comenzó a vender el material a los fabricantes como un producto terminado. Para evitar que los fabricantes de mala calidad dañen la reputación del producto, la marca DuPrene se limitó únicamente al material vendido por DuPont. La propia empresa luego empezó a no fabricar los productos finales que contienen DuPrene, la marca fue lanzada en 1937 y reemplazado por un nombre genérico, neopreno, en un intento publicitario para significar que el “material es un ingrediente, no un producto final de consumo”. DuPont luego trabajó ampliamente para generar demanda de sus productos; la aplicación de una estrategia de marketing que incluyó la publicación de su propia revista técnica, publicitando el neopreno, así como productos que anunciaban otras empresas a base de neopreno. En 1939, las ventas de neopreno estaban generando ganancias por encima de 300.000 dólares para la compañía.
 
SÍNTESIS 
El policloropreno se obtiene a partir del monómero cloropreno. Los cauchos de policloropreno se obtienen por polimerización en emulsión. La polimerización por emulsión del cloropreno supone la dispersión de gotas del monómero en fase acuosa usando agentes tensoactivos adecuados (normalmente jabones de colofonia), generalmente a pH entre 10 y 12. La polimerización se inicia mediante la adición de un catalizador que contiene radicales libres (persulfatos). La adición de persulfatos se va regulando a lo largo del proceso de forma que la conversión del monómero muestre una variación lineal en función del tiempo


Durante la elaboración del policloropreno se puede modificar el peso molecular del polímero mediante la adición de azufre o mercaptanos. En el caso del azufre, se añade al monómero al principio del proceso, antes incluso de ser emulsionado. El azufre actúa como comonómero dando lugar a un polímero de peso molecular muy elevado, parcialmente entrecruzado, insoluble.
El cloropreno tiene dos enlaces dobles, por lo que se lo llama dieno. El policloropreno tiene características similares a las de otros polímeros dieno, como el poliisopreno y el polibutadieno.


Síntesis del cloropreno
Cloropreno es el nombre común para el compuesto orgánico 2-clorobuta-1,3-dieno, de fórmula CH2=CCl-CH=CH2.
Cloropreno se produce en tres etapas a partir del 1,3-butadieno: cloración, isomerización de parte del producto y deshidrocloración de 3,4-dicloro-1-buteno. 


Cloración: La cloración del butadieno conduce a una mezcla en equilibrio de 3,4-dicloro-1-buteno y los isómeros cis y trans del 1,4-dicloro-2-buteno.

Isomerización: Cuando se pretende que los diclorobutadienos sean tratados por deshidrohalogenación para generar 2-clorobutadieno, el 1,4-dicloro-2-buteno debe ser isomerizado a 3,4-diclorobuteno, para lo cual se utiliza cobre metálico o cloruro cuproso, que actúan como catalizadores de la reacción de isomerización.

Deshidrohalogenación: El último paso es la deshidrocloración del 3,4-dicloro-1-buteno produciéndose cloropreno o clorobutadieno con un excelente rendimiento.

Esta deshidrohalogenación implica la pérdida de un átomo de hidrógeno en la posición 3 y el átomo de cloro en la posición 4 formando un doble enlace entre los carbonos 3 y 4. En 1983, aproximadamente 2.000.000 kg se produjeron de esta manera. La principal impureza del cloropreno preparado de esta manera es 1-clorobuta-1,3-dieno, que suele ser separados por destilación
Hasta la década de 1960, la producción de cloropreno fue dominado por el proceso de acetileno, que fue modelado después de la síntesis original del vinilacetileno. En este proceso, el acetileno es dimerizado para dar acetileno de vinilo, que se combina con el cloruro de hidrógeno para producir 4-cloro-1,2-butadieno, que en presencia de cloruro cuproso, se reorganiza dando 2-clorobuta-1,3-dieno:

Este proceso tiene altos costos de inversión y energéticos. Por otra parte, el acetileno de vinilo intermedio es inestable.
Este proceso de acetileno ha sido reemplazado por un proceso que añade Cl2 a uno de los dobles enlaces en 1,3-butadieno y su posterior eliminación produce HCl, así como el cloropreno.

Vulcanización
La vulcanización del caucho neopreno o policloropreno (caucho CR) se lleva a cabo usando óxidos de metal (concretamente MgO y ZnO, y en ocasiones PbO) preferentemente en vez de los compuestos de azufre que son usados con muchos cauchos naturales y sintéticos. Además, debido a otros factores de su procesado (principalmente el scorch, que es el prematuro entrecruzamiento en las gomas por la influencia del calor), la elección del acelerante se rige por reglas diferentes a otros cauchos dienos. Los acelerantes más convencionalmente usados son problemáticos cuando los cauchos CR son curados y el acelerante más importante es la Etilentiourea (ETU)

PRODUCCIÓN
Si bien el cloropreno puede ser polimerizado por técnicas de catálisis anionica, catiónica o Ziegler-Natta, debido a las propiedades de los productos y cuestiones económicas, hoy en dia, se utiliza la polimerización por radicales libres en emulsion. Esto se realiza a escala industrial mediante procesos batch y continuos.

Con la adición de radicales iniciadores, el cloropreno en emulsión acuosa es convertido en homopolímero o en presencia de comonómeros en copolímero. La polimerización se detiene, según se desee, mediante la adición de un finalizador de reacción. El producto obtenido (denominado “látex”) es coagulado y enfriado a granel, refrigerado en un tanque de mezclado, del cual se obtienen láminas finas. Después de lavadas y secadas, con las láminas se forman cordeles que se cortan en forma de chips o gránulos.
Chips de policloropreno

CARACTERISTICAS
El neopreno es incoloro y con un color parecido al del éter.
Las principales características del polímero son:
- Resistencia a la degradación a causa del sol, el ozono y el clima.
- Buena resistencia al envejecimiento
- Presenta resistencia aceptable a solventes y agentes químicos.
- Es resistente a daños causados por la flexión y la torsión.
- Adhesión a muchos sustratos (adhesivos)

Las características de los polímeros en general son afectadas por la vulcanización de estos.
La estructura del polímero puede ser modificada por copolimerización del cloropreno con azufre ó con 2,3-dicloro-1,3-butadieno.

Existen dos tipos principales de neopreno
-NEOPRENO INDUSTRIAL: Es el que se utiliza en la fabricación de ruedas de automóvil, juntas tóricas, juntas de coches, etc...
- NEOPRENO CELULAR.- Que es el de los trajes de buceo.

Principales productores mundiales
Compañía
País
Capacidad (Toneladas métricas)
DuPont
EE.UU.
100000
Bayer
Alemania
65000
EniChem
Francia
40000
Denki Kagaku Kogyo
Japón
48000
TOSOH
Japón
30000
Showa DDE
Japón
20000


PROPIEDADES FÍSICAS:
Monómero (Cloropreno) Formula: -C4H5Cl-
Peso Molécular: 88,5365
Punto de Ebullición: 59,4°C
Punto de Fusión: -130°C
Punto de Flash: -156°C
Solubilidad en Agua: 0.002115 gr./ml
Composición Elemental: Carbono 54,26% Hidrógeno: 5,69% Cloro: 40,04%


Policloropreno
Polímero no vulcanizado  
Densidad: 1230 Kg./m3
Temperatura de Cristalización: 228 K
Temperatura de Fusión: 328-351 K
Capacidad Calorífica: 2,2 kJ/8Kg.K)
Compresibilidad: 480 x 10
-12 Pa-1  
Índice de Refracción: 1.558
Calor de Fusión: 95 x 10
-3 J/Kg. 
Coeficiente de Expansión: 600 x 10-6 k-1

Polímero Vulcanizado
Densidad: 1420 Kg./m
3
Temperatura de Cristalización: 228 K
Compresibilidad: 360 x 10
-12 Pa-1
Capacidad Calorífica: 2,2 kJ/8Kg.K)
Conductividad Térmica: 0,192 W/(m-k)
Constante Dieléctrica: 6,5 – 8,1 Hz
Conductividad: 3 a 1400 pS/m
Elongación Máxima: 800 – 1000 %
Resistencia Ténsil: 25 – 38 MPa


APLICACIONES
Usos generales
La inercia química del neopreno hace que sea muy adecuado para aplicaciones industriales, tales como juntas, mangueras y revestimientos resistentes a la corrosión. Puede ser utilizado como base para adhesivos, aislamiento del ruido en las instalaciones de transformadores de potencia y como relleno en cajas metálicas para proteger el contenido al tiempo que permite un ajuste perfecto. Es resistente a la quema mejor que las gomas a base exclusivamente de hidrocarburos, por lo que se lo utiliza en la cinta aislante para puertas de incendios y aplicaciones relacionadas, tales como guantes y mascarillas.

Uso acuático
El neopreno es comúnmente utilizado como material de botas para la pesca con mosca, ya que proporciona un excelente aislamiento contra el frío. Las botas de neopreno son por lo general de alrededor de 5 mm de espesor, y de precio medio en comparación con los materiales más baratos como el nylon y el caucho.
En su estado nativo, el neopreno es un material flexible muy parecido a la goma, con propiedades de aislamiento similares al caucho. Para aplicaciones de protección de buceo, el neopreno es fabricado con formación de espuma plástica con gas nitrógeno, por las propiedades aislantes de las pequeñas burbujas de gas cerradas y separadas (el nitrógeno es usado por conveniencia química, no por ser superior al aire como aislante). Las células de espuma hace también que el material sea muy flotante, y el buzo debe compensar esto con el uso de pesas. El espesor de trajes de neopreno para protección contra el agua fría se hace generalmente de 7 mm de espesor. Pero el material se comprime bajo la presión del agua, y cada vez más delgada a mayores profundidades, un traje de neopreno de 7 mm húmedo ofrece una protección mucho menor a menos de cien metros de profundidad. Un avance reciente en trajes de neopreno de buceo es el "super-flex" que mezcla spandex con el neopreno para una mayor flexibilidad.
Como resultado, las láminas de traje de neopreno se fabrican en diferentes grados dependiendo de la aplicación. El traje de buceo de neopreno es más dense y menos flexible, lo que garantiza su durabilidad y reduce la compresión en profundidad. Los trajes que nunca están expuestos a grandes fuerzas de compresión, contienen más gas, por lo que son más calientes para el mismo espesor. Los trajes para natación competitiva son de espuma expandida, puesto que tienen que ser muy flexible para permitir el movimiento libre del nadador. La desventaja es que son bastante frágiles.
Traje de neopreno

Accesorios hogareños 
Recientemente, el neopreno se ha convertido en un material para la confección de accesorios de uso doméstico, incluyendo piezas de laptop, iPod, controles remotos y el rebeco en bicicletas. En este mercado, a veces compite con el PU de baja resilencia, que es un material más resistente al impacto pero menos utilizado.

Deportes
También en los últimos años, Jug, un fabricante de patines en línea, ha incorporado de neopreno en la construcción de algunas de sus más populares líneas de productos, en los cuales, el neopreno añade refuerzo (soporte para el tobillo) y protege contra abrasiones como pocos materiales hacen. Como una simple cuestión de durabilidad y vida útil del producto, revestimientos construidos con aditivos de neopreno son típicamente más caros que otros.
El neopreno es un material popular en el mundo ecuestre, así, que se utiliza en cinchas, mantillas, almohadillas, y muchas otras aplicaciones.
A menudo se utiliza en Airsoft (juego con rifles de aire comprimido), como una prenda de protección, ya que es lo suficientemente delgada como para sentir el golpe, pero lo suficientemente gruesa como para reducir la velocidad de impacto.
Cuchillos y espadas de entrenamiento son de neopreno para la segura instrucción de defensa personal, sparring y demostraciones de artes marciales.

Música  

Yamaha, fabricante de Instrumentos musicales, ha comenzado a sustituir los tapones usados para el sellado de instrumentos de viento (por ejemplo, sellar las juntas de clarinetes u oboes) con neopreno.

Ortopedia
En la actividad de la ortopedia es muy frecuente el uso de artículos ortoprotésicos, fabricados con material de neopreno, que, por sus especiales características, se utilizan en los tratamientos de termoterapia.
Faja de neopreno
Rodillera de neopreno
Muñequera

Recubrimiento de cables
El policloropreno es similar al caucho natural pero más resistente a los aceites, los disolventes, la luz solar, la flexión, el calor y las llamas. Por todas estas cualidades, los cauchos sintéticos se han convertido en una materia prima esencial en la fabricación de conductores eléctricos.
Cable con aislamiento de neopreno

Industria automotriz
En automóviles se usa para sistemas de insonorización y control de vibración. El control de vibración proporciona un amortiguamiento al movimiento natural de los motores en máquinas. El polímero es útil en este tipo de aplicaciones debido a su capacidad de absorber la energía mecánica. Las ventajas de un sistema de amortiguamiento son, entre otras, la de extender la vida de los motores y los accesorios conectados a estos y reducir su ruido de operación. Pero el uso más importante, en la industria automotriz, radica en la fabricación de mangueras y correas.
Correas de tracción
Mangueras

Adhesivos
El neopreno es utilizado para la fabricación de adhesivos de contacto. Frecuentemente la dilución del neopreno se lleva a cabo en una mezcla de dos disolventes, tolueno y un disolvente alifático de evaporación rápida en variadas proporciones, más el agregado de colofonia (resina) reaccionada con óxido de magnesio.

Formulación típica de un adhesivo
Componente
Partes por ciento de caucho (ppcc)
Policloropreno
100
Resina
40-60
Óxido de zinc
4
Oxido de magnesio
5
Antioxidante
2
Disolventes
400

La cola de neopreno es un adhesivo ideal por su fuerza, para el pegado de goma, telas de Hypalon-Neopreno, Eva, y superficies poco porosas con cuero, suela, etc. Su baja viscosidad permite una mejor penetración y un mayor rendimiento. Este adhesivo puede reticularse para aumentar la resistencia a la temperatura, a la hidrólisis y la intemperie.
Cola Neoprene 1627 (Fapiquim)
Se aplica sobre las superficies a pegar (previamente lijadas), y se deja orear de 10' a 15'. En el pegado de goma o EVA, el lijado debe hacerse en el día para lograr un buen anclaje. Si la superficie es muy porosa se aplica otra mano de adhesivo. Finalmente se reactiva con calor y se prensa.

Otros usos  

El neopreno se utiliza en máscaras para la protección de la cara, para el aislamiento de zócalos de CPU, para hacer cubreasientos para automóviles a prueba de agua, en forma líquida o láminas para membranas elastoméricas para techos o tapajuntas, y en una mezcla de neopreno-spandex para la fabricación de asiento de sillas de ruedas. Debido a su resistencia química y durabilidad, el neopreno se utiliza a veces en la fabricación de guantes de lavar platos, sobre todo como una alternativa al látex. En la moda, el neopreno ha sido utilizado por diseñadores como Gareth Pugh, Balenciaga, Lanvin y Wang Vera.

NOTA  

A pesar de neopreno en sí mismo no es un sensibilizador de la piel, ciertos adhesivos de contacto de neopreno contienen 4% colofonia, que es un sensibilizador de la piel según la Directiva de la Unión Europea sobre preparaciones peligrosas 1999 / 45/EC.
Algunas personas son alérgicas al neopreno, mientras que otros pueden tener dermatitis de tiourea, un compuesto usado para vulcanizar caucho de neopreno que puede quedar después del proceso de fabricación.
El plomo que contienen los compuestos, tales como litargirio (óxido de plomo II), se utilizan como agentes para elaborar productos terminados de neopreno, y estos pueden tener un efecto tóxico en la sangre humana, los riñones y el sistema reproductivo. El de uso más frecuente del acelerador en la vulcanización de policloropreno es el etileno tiourea (ETU). A pesar de ser un excelente acelerador para policloropreno, el ETU ha sido clasificado como tóxico. La industria del caucho Europea ha iniciado un proyecto de investigación (SafeRubber) para desarrollar una alternativa más segura para el uso del ETU.


Fuentes:
www.jano.es
propol.wordpress.com
www.tecnologiaslimpias.org
en.wikipedia.org
www2.dupont.com
www.fapiquim.com.ar
Universidad de Alicante- depto. de química
www.psrc.usm.edu
pslc.ws/spanish
Polychloroprene-Dr. Lothar Reif

9 comentarios:

  1. muy buena la información, resolvió las dudas que tenia; Gracias.

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    1. Hola Santos. Me alegro que te haya resultado útil.
      Saludos

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  2. Me podría decir si hay algún tipo de neopreno que se pueda inyectar en una maquina de inyección convencional o si hay algún otro material con cualidades similares al neopreno que pueda inyectar, gracias.

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    1. Hola Iván. Tal vez puedas utilizar PVC flexible pero obviamente las propiedades no serán las mismas que las del neopreno. También podrías probar con poliuretano termoplástico.
      Saludos

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  3. Hola me podrian decir donde comprar planchas de neopreno para la fabricacion de trajes de neopreno

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  4. Porcierto mi correo es salvareparo@gmail.com gracias

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    1. Hola Salva. Deberías indicar de donde eres
      http://www.quiminet.com/principal/resultados_busqueda.php?d=P&N=lamina+de+neopreno
      Saludos

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  5. Hola Mariano. Este blog o biblia de platico es sensacional.
    También si me podrías ayudar a patentes y normas relacionadas a neopreno a la utilización de agua para efectos espumantes. Seria de mucha ayuda hago mi tesis referida a este gran plástico así como de poliuretano gracias.

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    1. Hola Mario. Me alegro que te haya gustado el blog. No dispongo de información sobre neopreno espumado con agua. En el caso del poliuretano, puedes fijarte en el siguiente enlace…
      http://www.google.com.ar/patents/US4784904
      Saludos

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