Polímeros de adición: el caucho natural y el caucho sintético

Escrito por Quimitube el 22 septiembre

Hoy en día, infinidad de objetos de uso cotidiano se fabrican utilizando polímeros como materias primas: teléfonos, ordenadores, piezas de automóvil, utensilios desechables… Esencialmente, hallamos dos tipos de polímeros: los polímeros de adición y los polímeros de condensación, los cuales, a su vez, incluyen diversos polímeros en función de variables como el tipo de monómero o las condiciones utilizadas en la polimerización.

En esta entrada vamos a hablar de un conocido polímero de adición: el caucho.

Por ello, cabe responder, antes de hablar del caucho en sí: ¿qué es un polímero de adición? Un polímero de adición es un material que se forman por la unión continua de monómeros con dobles enlaces entre dos átomos de carbono; la unión de unos monómeros a otros es debida a la ruptura de estos dobles enlaces y la posterior unión de los átomos de carbono a distintas moléculas con enlaces simples. Este proceso de ruptura de dobles enlaces requerirá superar una barrera de energía; por este motivo, es habitual que una polimerización requiera luz, calor o el uso de catalizadores, o una combinación de diversos de estos factores.

Caucho natural

El caucho natural se obtiene a partir del látex que mana de las incisiones practicadas en los troncos del árbol Hevea brasiliensis. El látex contiene entre un 25 y un 40% de caucho. Fue Michael Faraday (el cual hubiese cumplido precisamente hoy 221 años) quien determinó la fórmula empírica de este caucho natural, C5H8. En concreto, se trata de un polímero del 2-metil-1,3-butadieno, el isopreno (quizá recordéis que hablamos del isopreno o terpeno también en una entrada reciente, la de los isómeros R y S del terpenoide linelool, que huelen distinto a pesar de su semejanza).  El caucho es prácticamente el único polímero constituido por un hidrocarburo que se encuentra en la naturaleza.

Las uniones de los monómeros del polímero pueden ser cis o trans. El natural, en concreto, presenta la conformación cis en todos sus enlaces, es decir, se trata de la adición 1,4 de varios miles de unidades de isopreno:

Puesto que está formado por largas cadenas lineales que se deslizan con facilidad unas sobre otras, el caucho natural es viscoso y pegajoso, y cuando se enfría se vuelve quebradizo. Las fuerzas de atracción entre las cadenas vecinas del polímero son relativamente débiles (fuerzas de van der Waals), y existe un orden estructural global pequeño.

Es elástico porque las cadenas se deslizan fácilmente unas sobre otras cuando se estira, y cuando se elimina la fuerza de deformación, vuelven otra vez a su estado desordenado. La capacidad de una sustancia para recuperar su forma original después de la deformación se define como su elasticidad. Sin embargo, la elasticidad del caucho natural es satisfactoria solamente dentro de un rango de temperatura limitado; es demasiado rígido y frágil cuando se enfría y demasiado viscoso cuando se caliente para ser útil.

Es por este motivo que, en realidad, el que tiene más aplicación práctica es el caucho sintético, el cual ha sido sometido a un tratamiento que recibe el nombre de vulcanización.

Caucho sintético

Ya en el año 1839, Charles Goodyear (¿os suenan los neumáticos Goodyear?) descubrió que las propiedades del caucho natural mejoraban notablemente si se mezclaba con azufre y se calentaba. El azufre reacciona con las moléculas del polímero y forma un polímero reticular. Este proceso se denomina vulcanización. El caucho vulcanizado con una proporción del 3 al 8% de azufre sigue siendo elástico y no se vuelve quebradizo en frío ni pegajoso en caliente.

Cuando el caucho natural se calienta con azufre se da una reacción química en donde las cadenas de poliisopreno vecinas se conectan o entrecruzan a través de enlaces covalentes con el azufre. Aunque estos puentes de azufre permiten solamente movimientos limitados de una cadena con respeto a otra (al menos no tan libres como en el caucho natural sin ningún tipo de entrecruzamiento) su presencia asegura que el caucho recuperará su forma original una vez que la fuerza de deformación sea eliminada y a su vez es mucho más resistente, motivo por el cual el caucho vulcanizado se vuelve menos quebradizo que el caucho natural.

Puesto que la propiedad más significativa es su buena elasticidad combinada con su resistencia, los cauchos sintéticos reciben también el nombre de elastómeros, y pueden alcanzar hasta alcanzar varias veces su longitud inicial y volver luego a su tamaño original.

Así, con la vulcanización se abrió la posibilidad de utilización en múltiples artículos, ya que el caucho vulcanizado no sólo sigue recuperando rápidamente su forma primitiva, sino que además se convierte en resistente a la abrasión, no se ablanda con el calor y es insoluble en disolventes orgánicos.

Si la proporción de azufre se aumenta (entre un 30-50%) se obtiene un polímero rígido, duro y frágil llamado ebonita, que se usa para, por ejemplo, la construcción de instrumentos musicales. Con el caucho vulcanizado en menor proporción se fabrican ruedas de coche, gomas, tapones, suelas de zapatos, colas y adhesivos.

¿Necesitas profundizar más en este tema? Puedes encontrar más información sobre polímeros en los libros siguientes:

Q-Blog