Neopreno

Neopreno es la marca comercial de DuPont para una familia de gomas sintéticas basadas en el policloropreno (polímero del cloropreno). El neopreno fue inventado por científicos de DuPont después de que el Dr. Elmer K. Bolton, un empleado de DuPont, acudiera a una conferencia de Julius Arthur Nieuwland, un profesor de química de la Universidad de Notre Dame. El trabajo de Nieuwland estaba basado en la química del acetileno y durante sus trabajos obtuvo divinilacetileno, un compuesto que se convertía en un compuesto elástico similar a la goma al pasar sobre dicloruro de azufre (SCl₂). Después de que DuPont le comprara la patente a la Universidad de Notre Dame, Wallace Carothers y el mismo Nieuwland empezaron a desarrollar una forma de explotar comercialmente el neopreno. Se centraron inicialmente en el monovinilacetileno y lo hicieron reaccionar con cloruro de hidrógeno (HCl), obteniendo cloropreno.

El policloropreno es el polímero del cloropreno, la goma sintética conocida como neopreno.

El neopreno, conocido originalmente como dupreno (duprene en inglés), fue la primera goma sintética producida a escala industrial. Se usa en una gran cantidad de entornos, como trajes húmedos de submarinismo, aislamiento eléctrico y correas para ventiladores de automóviles. Su inercia química lo hace útil en aplicaciones como sellos (o juntas) y mangueras, así como en recubrimientos resistentes a la corrosión. También puede usarse como base para adhesivos. Sus propiedades lo hacen útil como aislante acústico en transformadores. Su elasticidad hace que sea muy difícil plegarlo. Su flexibilidad también lo hace apto para diseñar fundas que se ajusten perfectamente al objeto a proteger.

Un uso común del neopreno es la confección de botas para la pesca con mosca, ya que es un excelente aislante térmico. Su grosor generalmente suele ser de 5 mm, y tiene un precio intermedio entre materiales baratos como el nylon y el caucho y otros más caros como las prendas transpirables (GoreTex por ejemplo).

En usos como la confección de trajes para el buceo y para protección de ambientes hostiles, el aire que queda atrapado en el neopreno durante la fabricación es sustituido por nitrógeno puro, debido a sus propiedades aislantes.

Los trajes de buceo húmedos se realizan generalmente con un grosor de 7 mm, apto para su uso incluso en aguas frías (por debajo de 16 ºC). Debe destacarse que a una profundidad de -30 m, la presión hace que se compacte, disminuyendo sus propiedades aislantes, por lo que se ha desarrollado una variedad de neopreno, la super-flex, que combina spandex dentro del neopreno para permitir una mejor flexibilidad.

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Usos

• Moldeado: juntas, tuberías, sellos mecánicos, correas, propelente sólido, bolas.
  • Extruído: mangueras domésticas, tubos de laboratorio.
• Láminas: bote inflable, guantes, sacos de dormir, botas de talle alto, prendas de protección, material absorbente de radar.
• Espuma: trajes de buceo, guantes, pasamontañas.
• Adhesivo: cinta adhesiva, adhesivo líquido
• Fundas protectoras de rayones y golpes: MacBook y NoteBook.

Composición Final del Polímero

Diferentes análisis con espectrometría de infrarrojo muestran que los productos de la isomerización del cloropreno son:

• Secuencias lineales de unidades de trans-2-cloro -2-butadieno.
• Productos de una polimerización en los carbonos 1,2.
• Productos de una polimerización en los carbonos 3,4.
• Isómeros derivados de una reacción entre la cabeza (carbono 1) y la cola (carbono 4) de dos monómeros.
• Isómeros derivados de una adición entre la cabeza de un monómero y la cabeza del otro.
• Isómeros derivados de una adición entre la cola de un monómero y la cola del otro.

Polimerización del cloropreno con radicales libres

La estructura conjugada del cloropreno es altamente reactiva a un ataque con radicales libres debido a la influencia del átomo de cloro altamente electronegativo lo cual facilita la adición de radicales al monómero.

De hecho, la molécula de cloropreno es mucho más reactiva que otras moléculas de dieno u olefinas que prefieren formar isómeros.

La polimerización del cloropreno es exotérmica con un calor de 62,8 a 75,3 kJ/mol.

En una polimerización en emulsión, las esferas de monómero son dispersadas en una fase acuosa por medio de la superficie de algún agente de superficie activa, generalmente el medio se encuentra a pH 10 – 12.

La polimerización es iniciada por medio un catalizador de radicales libres y la reacción ocurre de manera isotérmica generalmente a -20 – 50 °C, hasta que se alcanza la conversión deseada del monómero. Esta conversión deseada se determina midiendo el incremento en la gravedad específica de la emulsión contra alguna correlación empírica de gs vs conversión.

La polimerización se detiene destruyendo los radicales libres presentes por medio de la adición de un estabilizante de acción rápida. Luego de remover el monómero que no ha reaccionado, el polímero es asilado desestabilizando el sistema coloidal, separando la fase acuosa y secando el polímero.

El peso molecular del polímero y la distribución del polímero se ven afectados al incrementar la conversión de la reacción.

Agentes para la polimerización del cloropreno

Los emulsificantes más usados en la polimerización del cloropreno son:

• Ácidos del tipo de alquil sulfato o alquil sulfonato
• Jabones catiónicos como el bromato de cetilpiridinio.

La elección del surfactante depende del tipo de proceso de polimerización que se desee como también de la disponibilidad del surfactante o dependiente también de factores económicos.

Proceso general de fabricación del Policloropreno

Los polímeros de neopreno son principalmente fabricados usando polimerización por emulsión en reactores batch y el polímero es aislado mediante procedimientos de secado en frío.

La polimerización del cloropreno involucra los mismos pasos de la polimerización por emulsión de otros monómeros de dienos, principalmente:

• Emulsificación
• Iniciación y catálisis
• Transferencia de calor
• Conversión del monómero
• Recuperación del monómero
• Aislamiento del monómero

Las cantidades apropiadas de azufre son disueltas en el cloropreno y la solución se emulsiona en una fase acuosa conteniendo hidróxido de sodio y la sal de sodio producto de la condensación del ácido naftalensulfonico.

Las dos fases liquidas son emulsionadas mediante recirculación a través de una bomba centrífuga, con el objetivo de darle a las partículas un tamaño de 3 micrómetros de diámetro. Cuando la se ha completado la emulsión, le mezcla se lleva al polimerizador, el cual está enchaquetado y con agitación. La polimerización se inicia con una solución acuosa de persulfonato de potasio. La temperatura se mantiene a 40°C mediante recirculación de salmuera y control en la velocidad de agitación.

La conversión del monómero es seguida de la medición de la densidad de la emulsión. La polimerización se detiene al 91% de conversión (densidad de 1,069) añadiendo una solución de xileno y disulfuro de tetraetiltiurano (un plastificante y estabilizador). La emulsión se pasa por un filtro de vapor para recoger el monómero que no ha reaccionado y se enfría entonces a 20°C, esta temperatura se mantiene durante 8 horas con el fin de estabilizar el polímero (plastificación). Luego el látex alcalino se acidifica a un pH de 5,5 – 5,8. Esto termina la acción plastificadota del disulfuro de tiurano, preparando el látex para el asilamiento del polímero.

El neopreno es aislado del látex mediante un procedimiento de coagulación continua de la película de polímero seguida de un lavado y un secado. El polímero seco es seccionado en tiras continuas y empacado. El éxito de este proceso depende de la lograr la completa coagulación del látex en unos pocos segundo a una temperatura de entre -10 °C y -15 °C, lo cual le proporciona a la película suficiente resistencia para soportar el lavado y el secado.

La principal innovación ha sido probablemente el desarrollo de procesos de la polimerización continua, lo cual tiene influencias significativas en el costo de fabricación. En plantas de producción múltiple es preferible usar un proceso por lotes.

Características del polímero

• Resiste a la degradación a causa del sol, el ozono y el clima.
• Presenta resistencia aceptable a solventes y agentes químicos.
• Es resistente a daños causados por la flexión y la torsión.

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-di cloro-1,3-butadieno.

Aplicaciones

Es utilizado en el recubrimiento de cables fuertes y de alta dureza, en adhesivos acuosos y en solventes. También se usa en recubrimientos de láminas de aluminio (y superficies flexibles), llantas de automóvil, corchos.

El neopreno es útil para adhesivos sensibles a la presión, además es útil para la construcción de estructuras para autos y partes internas de automóviles.

En automóviles se usa también para sistemas de insonorización y control de vibración.

Véase también

Cloropreno