La cinética de la vulcanización

La cinética de la vulcanización

Antes dijimos que la mezcla de caucho con azufre es sometida a la acción del calor. Por lo demás, la palabra vulcanización tiene, como lo hemos dicho, su origen en la palabra Vulcano, el dios romano del fuego. La vulcanización es, al final, una reacción puramente química. Y tal como pasa en todas las reacciones químicas, existe una cinética de reacción, o sea, una velocidad de reacción que sube con el aumento de la temperatura.

Su velocidad de reacción sigue la conocida Ley de Arrhenius:

En la cual:

K – velocidad de vulcanización,

A – Constante,

E_a – Energía de activación,

R – Constante de los gases perfectos,

T – temperatura absoluta, en Kelvin.

Si se aplica logaritmo a la ecuación, tenemos:

o, en logaritmos de base 10:

Una representación de log K en función del inverso de la temperatura 1/T, en papel semilogarítmico, es una línea recta cuyo declive corresponde a la energía de activación E_a. La representación gráfica de esta ecuación permite no solamente determinar la energía de activación de una determinada composición de caucho, pero también saber cómo responde exactamente la composición de caucho a aumentos (o disminución) de la temperatura de vulcanización. Esto es lo que se enseña en la Figura 10.

Podemos probar en un reómetro un determinado caucho, a 4 o 5 distintas temperaturas, por ejemplo 150, 160, 170, 180, 190 °C. De las curvas obtenidas se pueden leer los tiempos necesarios para que se logren grados de vulcanización de 95, 90, 85 y 80 % y después hacer una representación gráfica en papel semilogarítmico, de los dados obtenidos.

De la pendiente de las líneas dibujadas se puede calcular el valor de la energía de activación E_a, una menor o mayor pendiente corresponde a energías de activación más bajas o altas. Esto tiene que ver con la respuesta que la composición de la mezcla de caucho presenta a variaciones de temperatura.

Todos sabemos que hay cauchos dichos de “vulcanización más rápida y otros de vulcanización más lenta. Esta característica justo tiene que ver con la energía de activación de la composición y depende del tipo de polímero utilizado, del sistema de aceleración e, de una manera en general, de todos los ingredientes presentes en la mezcla, los cuales, por su carácter básico o acido pueden interferir en la velocidad de vulcanización, acelerando o retardando. Los valores de E_a cambian, por lo general, entre 18 y 36 kcal.

Las líneas obtenidas suelen ser paralelas, pues es la misma composición de caucho y, por lo tanto, con la misma energía de activación. La distancia entre las líneas tiene que ver con la marcha de la vulcanización, en la parte final de la vulcanización, la velocidad disminuye y la distancia entre líneas, cuando va de los 80% de grado de vulcanización hasta los 95%, se torna progresivamente mayor.

Estas informaciones permiten un mejor conocimiento de los compuestos de caucho y brindan a la producción preciosa información para eventuales cambios de los parámetros de vulcanización (tiempo y temperatura).