El neopreno es uno de los materiales cuyos usos implican a una cantidad mayor de industrias diferentes. Siendo esto así, conocer su composición, su historia, sus características y sus usos y aplicaciones resulta de gran interés. A lo largo de este artículo intentaremos dar respuesta a cada uno de estos puntos esenciales.
¿Qué es el neopreno?
Con el término neopreno referimos a un polímero de cloropreno policloropreno, en cuyo seno se halla toda una familia de cauchos de tipo sintético caracterizados por su excelente estabilidad química que, entre otras cosas, permite el mantenimiento de su flexibilidad dentro de un amplio rango de temperaturas. El nombre de este polímero, por cierto, se debe a un uso metonímico de una marca comercial de gran peso en su producción, a la que referiremos más adelante al hablar de la historia de este material.
Como hemos dicho, hablando de neopreno nos referimos a un compuesto químico denominado cloropreno, para cuyo análisis compositivo detallado es preciso llevar a cabo una observación mediante espectrometría de infrarrojo. Tal análisis revela que los productos de la isomerización del cloropreno, es decir, aquellos elementos que nos permiten comprender cuál es la composición final y definitiva del neopreno.
Así, comprendiendo que la fórmula del cloropropeno es C4H5Cl2, ya puede entenderse en mayor medida que los resultados arrojados por la referida espectrometría de infrarrojos sean los siguientes:
- Una serie de secuencias lineales de unidades de trans-2-cloro -2-butadieno.
- Un conjunto de productos de una polimerización que tiene lugar en los carbonos 1,2.
- Un conjunto de productos fruto de una polimerización llevada a cabo en los carbonos 3,4,5,7.
- Una serie de isómeros nacidos de la derivación de una reacción que tiene lugar entre la cabeza (esto es, el carbono 1) y la cola (es decir, el carbono 4) en dos monómeros.
- Una serie de isómeros que son derivados de la adición que tiene lugar entre la cabeza de un monómero y la cabeza del otro.
- Una serie de isómeros derivados de una adición entre la cola de un monómero y la cola del otro.
Habiendo sido comprendida ya la definición genérica y la composición concreta de este producto químico, resulta oportuno referirnos en este punto a las características principales que presenta. Tenerlas en cuenta es realmente relevante, pues determinan de forma definitiva los diferentes usos a los que se puede dedicar este material:
- Presenta gran resistencia a la degradación. En este sentido, encuentra poco deterioro pese a ser sometido a los rayos solares, el efecto del ozono o las inclemencias del clima en general. Desde este punto de vista, puede ser sometido a largas temporadas de uso al aire libre sin que ello suponga grandes desgastes.
- En la línea de lo comentado, su resistencia se extiende también sobre los efectos que disolventes u otra clase de agentes químicos pueden ocasionar. Debido a la ya aludida estabilidad química, reacciona muy difícilmente a otras sustancias y es muy grande su resistencia también en este ámbito.
- Presenta un coeficiente de fricción con respecto al acero al carbón o al acero de tipo inoxidable igual a 0.4. Este coeficiente medio de fricción con respecto a los aceros (que es muy alto con respecto a, por ejemplo, el pavimento) determina en gran medida sus aplicaciones industriales, en especial si se tiene en cuenta tal característica en conjunción con su resistencia y elasticidad, a la que aludiremos seguidamente.
- Su elasticidad es enorme. Debido a ello, puede aguantar con facilidad la torsión y la flexión, sin que esto suponga grandes daños en su estructura. Cambios de posición, almacenaje en espacios pequeños, modificación de su forma natural… todo ello puede ser llevado a cabo sin temor de ocasionar grandes daños sobre el producto.
En definitiva, puede afirmarse que las grandes ventajas de este compuesto se derivan de su grandísima flexibilidad unida a una enorme resistencia a toda clase de agentes climáticos y químicos, y todo ello enormemente apreciado por industrias de muy diversas clases.
¿Cuál es su historia?
El neopreno, cuyo nombre original fue dupreno, es la primera goma sintética cuya producción fue llevada a cabo en escala industrial. El mérito de su invención se debe atribuir a Elmer K. Bolton, un empleado de la empresa DuPont, el día 17 de abril del año 1930. Su descubrimiento fue posible gracias a su presencia en una conferencia de un profesor de química de la universidad de Notre Dame, Julius Arthur Nieuwland, el cual expuso sus investigaciones basadas en la química del acetileno. Bolton, utilizando esa información, obtuvo el divinilacetileno, un compuesto que acababa convirtiéndose en una especie de caucho elástico o goma de gran elasticidad tras ser sometida a dicloruro de azufre (SCI2).
Ante su aparente potencial, la propia empresa DuPont adquirió los derechos de la patente de sus materiales a la universidad de Notre Dame, de manera que el químico Wallace Carothers y el mismo Nieuwland fueron contratados por la empresa para desarrollar la mejor manera de explotar comercialmente el nuevo caucho descubierto. Así, centraron principalmente sus esfuerzos en el monovinilacetileno que, tras hacerlo reaccionar con cloruro de hidrógeno (HCl) dio lugar, esta vez ya de forma definitiva, al cloropreno.
Una vez descubierto, DuPont comenzó a comercializarlo en el año 1931 atribuyéndole el nombre comercial de DuPrene. Aunque las propiedades del nuevo material ponían de manifiesto una enorme cantidad de posibles usos, lo cierto es que existía una limitación principal: el DuPrene emitía cierto olor un tanto molesto.
Los investigadores de DuPont siguieron trabajando sobre las investigaciones realizadas por Nieuwland y Carothers hasta que, de manera concluyente, dieron con un nuevo proceso de fabricación que, si bien no cambiaba en esencia la composición del dupreno, sí conseguía eliminar todo el conjunto de subproductos causantes del olor desagradable. Del mismo modo, este nuevo proceso de producción conseguía reducir los costos de fabricación a la mitad de los originales, lo que abarataba en grandísima medida su precio de venta final.
En un principio, DuPont quiso que el gran público relacionase el nuevo producto con la marca comercial DuPrene, de manera que fue utilizando campañas comerciales destinadas a que el gran público relacionase el nombre de DuPrene con el material. Con tal estrategia, la marca francesa quería que los fabricantes de mala calidad no consiguieran dañar la reputación del producto, pues solo el verdadero dupreno era el fabricado por DuPont. Sin embargo, con el paso de los años, el uso del material fue extendiéndose a otras industrias y el mercado se llenó de productos que, si bien no eran fabricados por DuPont, sí contenían Duprene, lo que forzó a la empresa a modificar nuevamente el nombre para diferenciarse de las compañías de la competencia que también lo utilizaran.
Finalmente, en el año 1937 se decidieron por denominar al material con el nombre con el que hoy se le conoce, neopreno, de manera que fuera comprendido como un ingrediente aplicable a otros muchos bienes manufacturados y no como un producto final en sí, destinado a su consumo directo.
Las campañas comerciales de la empresa incluyeron la publicación de una revista técnica acerca del material, la difusión masiva de los potenciales usos del neopreno y el señalamiento de los bienes de la competencia que contenían su material. Todo eso contribuyó a que, durante los años 40 del pasado siglo, el material se extendiera considerablemente y pasara a utilizarse en multitud de industrias diferentes.
Así fue la manera mediante la que el neopreno fue descubierto, adquirió su nombre y contó con una amplísima difusión en grandes sectores productivos. De esta forma, ha llegado hasta hoy siendo plenamente conocido por grandes sectores de la población, sin necesidad de su especialización en productos químicos.
¿Cómo se produce?
En pocas palabras, el proceso de producción del neopreno puede resumirse como la polimeración de los radicales libres que el cloropreno presenta de forma natural. Tal producción de tipo comercial es llevada a cabo mediante el proceso de polimerización por emulsión de radicales libres, lo que tiene lugar en reactores de tipo batch, a lo que le sigue un aislamiento mediante el procedimiento de secado en bajas temperaturas. En general, se precisa el uso de persulfato de potasio para la polimerización y óxidos metálicos, nucleófilos bifuncionales y toureas para llevar a cabo la reticulación de las hebras de polímeros individuales.
Para comprender en mayor medida y más detalladamente este proceso, resulta oportuno entender que tiene lugar a través de los siguientes pasos:
- La emulsificación.
- La iniciación y catálisis.
- La transferencia de calor.
- La conversión del monómero.
- La recuperación del monómero.
- El aislamiento del monómero.
En este sentido, se observa que el proceso parte de una emulsificación. Para ello se lleva a cabo la disolución de determinadas cantidades controladas de azufre sobre el cloropreno, de manera que la solución obtenida se emulsiona sobre una fase acuosa con hidróxido de sodio y sal de sodio obtenidos a partir de un proceso condensatorio de ácido naftalensulfónico. Mediante una bomba centrífuga se hacen recircular las dos fases líquidas hasta que alcanzan la emulsión, lo que dota a las partículas de un tamaño de en torno a 3 micrómetros de diámetro. Los emulsificantes más comúnmente utilizados son los ácidos al estilo del alquil sulfato y los jabones de tipo catiónico, como puede ser el bromato de cetilpiridinio.
Tras la emulsificación tiene lugar una polimerización. La mezcla es llevada a un polimerizador enchaquetado, el cual, a través de la agitación del compuesto junto a una solución acuosa de persulfonato de potasio a una temperatura constante de en torno a 40 grados centígrados, da lugar a la conversión en monómero. Tras ello se le añaden plastificantes y estabilizantes (normalmente, soluciones de xileno, así como de disulfuro de tetraetiltiurano).
La solución obtenida es altamente reactiva gracias a la presencia de los átomos de cloro, lo que da pie a que los radicales libres queden cerrados (es decir, se obtiene el objetivo final del proceso). Una vez que se ha logrado la polimeración perseguida, se añade un estabilizante de acción rápida que detiene de forma fulminante todas las reacciones existentes, de tal manera que el producto ya está fabricado, pero todavía no separado del resto de elementos que han intervenido en el proceso.
Por ello, finalmente, se ha de llevar a cabo la separación definitiva del producto. Y es que, tras todo lo dicho, se hace pasar la solución por un filtro de vapor que recoge todo el monómero que no ha sufrido una reacción. Es enfriado en ese momento a unos 20 grados durante unas ocho horas, quedando plastificado así el polímero y plenamente estabilizado. Tras ello, el neopreno en sí mismo es aislado del látex mediante la coagulación de la capa de polímero de forma continuada, a lo cual le sigue un lavado y un secado, de manera que el polímero seco es cortado en tiras continuas para ser empacado.
¿Qué aplicaciones tiene?
Para comprender la totalidad de aplicaciones que presenta este material, cabe tener en cuenta que su presentación comercial puede darse tanto como caucho de tipo sólido como caucho en forma de látex, espuma o láminas. A partir de ahí, se comprende que su utilización se extienda sobre productos tan diferentes como los líquidos y hojas o membranas elastométricas, las fundas para productos electrónicos (como ordenadores portátiles), la fabricación de aparatos de ortopedia (en especial caderas, muñecas y rodillas), la adición de aislamientos eléctricos en instalaciones que lo requieran o incluso las correas y tapajuntas propias de los ventiladores de los coches u otros medios de transporte.
En general, la inercia química que presenta le hace especialmente valorado en sus aplicaciones como juntas o sellantes eléctricos o térmicos. Se utiliza, por tanto, para fabricar mangueras resistentes a la corrosión de ciertos elementos químicos, como base para adhesivos o como aislante de tipo acústico en instalaciones tales como los transformadores.
Como puede observarse, la mayor parte de tales aplicaciones se derivan de las comentadas propiedades de este material: la resistencia y la adaptabilidad fruto de la flexibilidad. Así, para lograr ofrecer una visión genérica de sus aplicaciones más que una lista de las mismas (que nunca podrá llegar a ser completa debido al enorme número de usos diferentes a los que este material sirve), presentamos aquí recogidas de forma genérica sus utilizaciones más extendidas:
- El moldeado: La facilidad en el manejo de este material hace que pueda aplicarse en la fabricación de sellos de tipo mecánico, correas de toda clase, bolas y elementos de apoyo para puentes, juntas para la dilatación o propelentes. Del mismo modo, extruido puede ser aplicado a tubos para laboratorios o mangueras de uso doméstico. Aquí también destaca su uso en la industria automovilística a la hora de permitir la construcción de estructuras de autos y otras partes internas en coches.
- La laminación: Su capacidad aislante aun en forma de láminas permite producir bienes tan diferentes como los botes inflables, los guantes de protección, los sacos para dormir, las botas altas para la protección de los tobillos, las prendas protectoras de los agentes externos de toda clase, elementos que absorban el radar… Sistemas de control de entradas de aire en cabina, modelos de insonorización y elementos para el control de vibración en el interior de los automóviles también podrán ser fabricados mediante el uso de láminas de este material.
- La fabricación de espuma: Este es uno de los principales usos que se le atribuyen, pues tal presentación da pie a la fabricación de pasamontañas, ropa de abrigo y, sobre todo, trajes de buceo. Tales trajes suelen estar fabricados utilizando un grosor de alrededor de siete milímetros, lo que da pie a su uso en inmersiones en aguas consideradas frías (14 grados centígrados). Sin embargo, menores grosores (en torno a 2 o 3 milímetros) permiten su uso en aguas más cálidas. Esto nos lleva a señalar la posibilidad de utilizar el neopreno en conjunción con otros materiales; tal es el caso del super-flex, una variedad de neopreno nacida de su mezcla con spandex, que permite que las capacidades aislantes del primero se mantengan incluso a profundidades de más de 30 metros, sin perder ni un solo grado de flexibilidad.
- La producción de adhesivo: Su capacidad adherente, unida a sus posibilidades aislantes, abre la puerta a la producción de toda clase de adhesivos en forma sólida o líquida, aplicables a un enorme número de industrias muy diferentes. En especial, se usa en tanto que adhesivo resistente a la presión.
Aunque no deja de ser cierto que las características de este material se encuentran también en otros diferentes, lo cierto es que su precio (bastante inferior que el del GoreTex, propio de prendas transpirables de alto precio) y su calidad (mayor que la de materiales más baratos como pudieran ser el caucho y el nylon) hacen que su utilización se encuentre amplísimamente extendida y que sea muy difícil desplazarlo en su uso en el mercado actual.
En conclusión, el neopreno es un polímero de enorme peso en industrias de muy distintas clases. Sus características particulares nacidas de su especial composición dan lugar a todo un amplio abanico de aplicaciones. Por todo ello, conocer sus rasgos esenciales no puede dejar de considerarse de gran interés.