Cauchos

Fundamentos de obtención: polimerización de dienos

Los principales reactivos para la síntesis de cauchos son los hidrocarburos diénicos: butadieno e isopreno. Un papel importante en la reactividad de estos compuestos lo desempeña el efecto de conjugación, que influye directamente en la formación de los productos de reacción. Dicho efecto se vuelve significativamente más pronunciado a una temperatura ambiente elevada.

El proceso de polimerización de estas sustancias transcurre con facilidad y el crecimiento de la cadena polimérica sigue el mecanismo de adición 1,4. Para que la reacción transcurra con éxito y se forme la estructura deseada, se emplean catalizadores específicos:

• Metales alcalinos.
• Compuestos orgánicos de metales alcalinos.
• Catalizadores de Ziegler-Natta.

Estructura molecular y estereoisomería

Desde el punto de vista químico, los cauchos son polienos no conjugados. Alrededor de los enlaces simples dentro de la cadena polimérica es posible la rotación interna, lo que confiere flexibilidad a las moléculas. Sin embargo, la presencia de enlaces dobles condiciona el fenómeno de la estereoisomería: los átomos de hidrógeno y los radicales hidrocarbonados pueden disponerse en el espacio de dos maneras:

1. disposición cis: los sustituyentes (entrada y salida de la cadena polimérica) se encuentran en el mismo lado del plano del enlace doble. Las moléculas están orientadas en la misma dirección.
2. disposición trans: los sustituyentes se encuentran en lados opuestos del enlace doble, formando una estructura en zigzag.

La estereorregularidad es críticamente importante para las características de rendimiento. Las mejores propiedades las poseen los polímeros con estructura cis (por ejemplo, los cauchos cis-butadiénico y cis-isoprénico). Si en la macromolécula se alternan caóticamente las configuraciones cis y trans, tal caucho se denomina irregular, y en cuanto a calidad es muy inferior a los análogos estereorregulares.

Vulcanización: conversión del caucho en caucho vulcanizado (caucho/caucho endurecido)

Por sí mismo, el caucho tiene un ámbito de aplicación limitado, pero sirve como materia prima básica para la obtención de caucho vulcanizado (goma). Este proceso se llama vulcanización y consiste en el calentamiento conjunto del caucho con azufre (S).

Mecanismo del proceso de vulcanización:

1. Durante el calentamiento se produce la ruptura de una parte de los enlaces dobles en las cadenas poliméricas del caucho.
2. En los lugares de ruptura se fijan los átomos de azufre.
3. Surgen los denominados «puentes de azufre» (entrecruzamientos) entre las macromoléculas lineales individuales.
4. La estructura lineal se convierte en una red tridimensional espacial única. En esencia, una pieza de caucho vulcanizado representa una única molécula entrecruzada gigante.

El cambio de estructura altera radicalmente las propiedades físicas del material. La principal diferencia se manifiesta en la solubilidad: mientras que el caucho inicial se disuelve en hidrocarburos, el caucho vulcanizado solo se hincha en ellos (las moléculas del disolvente penetran en las celdas de la red espacial entre las cadenas hidrocarbonadas y los puentes de azufre, pero no pueden romper la red en sí). El volumen principal del caucho producido hoy en día se destina a la fabricación de neumáticos de automóviles.

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Qué más repasar sobre el tema

• Mecanismos de acción de los catalizadores de Ziegler-Natta en la polimerización de dienos
• Particularidades de la adición secuencial de halógenos al isopreno durante el calentamiento
• Propiedades de los cauchos irregulares y causas de su baja calidad
• Caucho de cloropreno: características estructurales y de rendimiento

Otros temas de la sección «Capítulo 15. Hidrocarburos»

Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.