Introducción

En la vida cotidiana muy frecuentemente estamos en contacto con productos hechos de hule (o caucho). La mayoría de los niños tienen su primer acercamiento con el hule a través de las mamilas; y éste ciertamente no será su único contacto, ya que conforme van creciendo aumentan sus necesidades y los artículos de hule satisfarán muchas de ellas. Algunos productos de este  material que se encuentran en el mercado son: chupones, globos, guantes, pelotas, ligas, balones, zapatos impermeables, neumáticos, pegamentos, mangueras, correas, fundas, preservativos (condones), válvulas para el corazón, artículos deportivos, ropa impermeable, colchones de aire, bolsas para agua caliente, empaques, amortiguadores de ferrocarril, aislantes eléctricos, adhesivos, y muchos más. La lista es muy grande, ya que actualmente se fabrican más de 40000 artículos con hule, cada uno con propiedades y usos muy específicos. De todos los artículos anteriores, los de mayor importancia comercial son los neumáticos para los vehículos automotores.

En la actualidad, la mayoría de la gente cree que el hule es un material que se inventó junto con los polímeros sintéticos y que es un ejemplo más de los nuevos materiales de la era moderna. Si bien es cierto que la tecnología que se requiere para transformar el hule en un material tan útil es avanzada, la materia prima principal (el hule) es de origen natural y es muy antiguo.

Foto 1. Productos elaborados de hule.

En efecto, se sabe que desde antes que Cristóbal Colón llegara a América, la civilización maya (y otras más) ya utilizaban el hule para hacer esferas macizas que utilizaron en el juego de pelota. También lo usaron para impermeabilizar sus tejidos y en otras aplicaciones.

Origen y naturaleza del hule

El hule es una sustancia que se encuentra en un gran número de especies vegetales, pero las que lo producen en mayor cantidad son algunos árboles que se desarrollan principalmente en climas tropicales, tales como la Hevea brasiliensis (nombre científico del árbol de hule) y las Castilloas, que crecen en Sudamérica. También lo produce el guayule, que se desarrolla en un clima desértico. De estos productores de hule, el más importante desde el punto de vista comercial es el árbol de Hevea brasiliensis, ya que de él se extraen grandes cantidades que se llevan las industrias que lo transforman en una gran variedad de productos.

Foto 2. Plantación de árboles del hule.

En realidad, la sustancia que producen todos estos vegetales es látex: un líquido o suspensión que contiene las micropartículas de hule, que  son separadas para fabricar los artículos de hule propiamente dicho (esto ha dado origen a que en ocasiones se hable indistintamente del látex y del hule).

Se puede considerar al árbol del hule como una verdadera fábrica de látex; sin embargo, para que un árbol lo produzca en cantidades razonables, es necesario dejarlo crecer por un periodo de 5 a 6 años, contados a partir de que germine la semilla. Cada árbol llega a alcanzar una vida productiva de 25 a 30 años. En la fotografía 2 podemos ver árboles de Hevea brasiliensis.

El hule que producen estos tres vegetales que hemos mencionado tiene la propiedad de ser flexible, y si lo estiramos sometiéndolo a esfuerzos pequeños por sus extremos, lo podremos deformar a más de seis veces su tamaño. Asimismo, cuando dejamos de estirarlo, regresa a su tamaño original. Este tipo de hule forma parte de una familia más amplia de polímeros (naturales y sintéticos) que son conocidos como elastómeros. Hay algunos tipos de  hule más duros, como la gutapercha y la balata. Otra clase de hule tiene propiedades intermedias y se utiliza como base para fabricar el chicle (goma de mascar).

Para obtener el hule que genera el árbol Hevea brasiliensis es necesario hacer ciertos cortes sobre la corteza del árbol. Es una operación delicada debido a que si el corte es muy profundo el árbol se daña, dando como consecuencia que deje de crecer y de producir hule; es por eso que esta operación la debe realizar una persona experta. Al cortar la corteza del árbol, empieza a salir suavemente la savia, que recibió el nombre de látex por su semejanza con la leche de los ma-míferos, que es recogida en recipientes de aluminio.

Tanto la leche como el látex son suspensiones, es decir, son un sistema compuesto por dos fases, una de las cuales está en mayor proporción y es continua y en ambos casos se trata de agua. La otra fase la constituyen las partículas suspendidas, el hule en el caso del látex y los glóbulos de grasa en la leche.

Con la ayuda de los microscopios es posible observar la forma y el tamaño de las partículas del hule en el látex. Así se ha determinado que cerca del 90% de ellas tienen forma esférica y un diámetro cercano a los 3 mm, por lo que son invisibles para el ojo humano. Hay también partículas de tamaños mayores a los 5 mm, con forma irregular. Esto se debe a que las partículas pequeñas pueden entrar en coalescencia, es decir, se fusionan entre sí para formar otra mayor. En el caso de la leche, este proceso puede continuar hasta aglutinar cantidades macroscópicas de grasa y formar la nata o la mantequilla. Este mismo proceso de aglutinamiento se puede observar en el látex del árbol del hule. Una característica importante es la cantidad de partículas de hule por unidad de volumen que se encuentran en el látex. Se han hecho determinaciones y se ha encontrado que hay aproximadamente alrededor de 200 millones de partículas de hule por centímetro cúbico de látex.

El látex está compuesto aproximadamente de un 35 % de partículas de hule; 5 % de sólidos (entre los que se encuentran las proteínas que envuelven a las partículas de hule, lípidos, azúcares y sales inorgánicas) y 60 % de agua. Esta composición es la que se encuentra en un látex recién extraído del árbol Hevea. Como el hule es un producto de origen natural, puede haber variaciones en la composición, debidas a factores tales como la cantidad de lluvias antes de la recolección, la edad del árbol y el tipo de explotación a  que se le haya sometido.

Propiedades y utilización del hule

Para las industrias que se dedican a transformar el hule en diferentes artículos, es fundamental conocer la composición del látex, ya que esto es importante para realizar su adecuado manejo, que se reflejará en la calidad de los artículos terminados. Por ejemplo, el látex que tiene una concentración muy alta de hule es muy viscoso. Como consecuencia, es de difícil manejo para cubrir artículos que tienen cavidades o para dejar una superficie de grosor uniforme, lo que da como resultado un producto defectuoso. Si se fabrican guantes con este tipo de hule se obtienen productos de baja calidad que tienden a fallar.

Foto 3. Extración del hule.

La primera fábrica de globos de hule fue instalada en 1830 por John Haskins y Edward Chaffee, en Estados Unidos. Ese momento marcó el inicio del desarrollo de la industria hulera. En 1929 había aparecido el hule sintético, conocido como elastómero de polisulfuro. Posterior-mente, en el año 1931, se sintetizó el elastómero de policloropreno, conocido con el nombre comercial de neopreno.

El hule natural y todos los materiales sintéticos que se comportan como el hule son moléculas muy grandes o polímeros. Cada polímero de hule consta de una larga cadena, compuesta de unidades que se repiten miles de veces; estas unidades son moléculas simples llamadas monómeros, que a su vez están hechas de varios átomos unidos químicamente.

Foto 4. Estación de recolección del hule para la industria química.

Las cadenas moleculares del hule están enrolladas al azar, como espagueti cocido. Es justamente esta estructura irregular o amorfa la que origina la elasticidad, tanto en el hule como en otras sustancias semejantes. Al estirar un trozo de hule, sus cadenas moleculares, parecidas al espagueti, se desenredan; pero en cuanto se les suelta, se vuelven a enredar y a tomar su estado anterior.

Como se mencionó al principio, el producto de hule natural de mayor importancia comercial son los neumáticos para autos, vehículos de autotransporte pesados, aviones y otros medios de transporte.

Se ha podido demostrar que el hule natural es superior al sintético en algunas propiedades. En particular en cuanto a elasticidad y resistencia al desgaste, tiene débil calentamiento interno, mayor resistencia al envejecimiento y al desgarramiento. Los neumáticos fabricados con hule natural duran el doble que los de hule sintético. Éstas son algunas de las razones por las cuales se sigue usando el hule natural.

Dibujo que muestra los polímeros del hule y el efecto de la vulcanización. Al agregar el azufre (S) y calentar, este elemento reacciona químicamente con el hule, formando puentes de azufre que unen entre sí a los polímeros del hule. El puente de azufre Sx (oooSx oo) puede estar formado de x número de átomos de azufre, donde x = 1, 2, ..., 8.

Para que el látex que produce el árbol del hule sea transformado en artículos terminados, es necesario realizar las siguientes operaciones:

1º Hacer algunos cortes sobre la corteza del árbol, como ya lo mencionamos;

2º Recolectar el látex en pequeñas tazas (de aluminio o plástico);

3º Llevar el látex recolectado a una estación de recolección para realizar las operaciones de acondicionamiento que permiten a la industria utilizar el hule en forma de látex (líquido), o bien realizar una separación de la suspensión  mediante el proceso de coagulación. Para ello se utiliza algún reactivo, por ejemplo alcohol etílico, acetona, ácido fórmico y ácido acético, entre otros. Estos reactivos causan que las partículas de hule suspendidas se aglutinen y puedan separarse del líquido. Al residuo sólido separado se le conoce como hule crepé, producto utilizado frecuentemente para elaborar suelas de zapatos.

Es conveniente mencionar que el hule natural, sin tratamiento, tendría muy pocas aplicaciones debido al efecto del calor sobre él. Cuando el hule se calienta, se vuelve viscoso y pegajoso y cuando se enfría se vuelve duro y quebradizo.

Foto 5. Estación de recolección del hule para la industria química.

Este problema del comportamiento irregular del hule con los cambios de temperatura lo pudo resolver accidentalmente Charles Goodyear, en 1839, al mezclar hule natural con azufre y calentar la mezcla a una temperatura de alrededor 100^o C. El resultado fue una reacción que se conoce con el nombre de vulcanización, en  la que el azufre reacciona con los dobles enlaces que tiene el polímero del hule uniendo varias cadenas entre sí, lo que permite formar redes tridimensionales poliméricas.

El método de vulcanización ha permanecido prácticamente sin alteraciones desde su descubrimiento. Lo que sí ha cambiado mucho es que actualmente se agregan muchos compuestos químicos o aditivos a la mezcla hule-azufre, los cuales le dan al hule nuevas propiedades, tanto físicas como químicas. La vulcanización se puede realizar también a temperatura ambiente controlando la concentración de azufre. Si la concentración de este elemento es alta, el hule vulcanizado resulta muy rígido, como el hule que se utiliza para soportar los motores sobre el chasís de los automóviles. Si la concentración es baja, se tiene un producto como el que se usa para fabricar globos, es decir, muy deformable.

El hule natural vulcanizado incrementa su resistencia al esfuerzo y su elasticidad; además tiene mayor resistencia a los cambios de temperatura que el hule sin vulcanizar. También es impermeable a los gases y resiste la abrasión, la acción química y la electricidad. Por otra parte, presenta una alta resistencia a la fricción sobre superficies secas, aunque tiene una baja resistencia a la fricción sobre superficies mojadas (por ejemplo: un neumático en condiciones de lluvia), lo que no  es una propiedad conveniente, puesto que pone en riesgo a la transportación que se realiza sobre llantas de hule en tiempo húmedo. Por este motivo se siguen realizando actualmente investigaciones para superar este inconveniente —y otros más.

Sin duda, el hule natural vulcanizado es un producto que ha rendido un enorme servicio a la humanidad durante más de un siglo y medio.

 

Referencias

HERMAN F. Mark, "Macromoléculas gigantes". Colección científica Time-Life. Editado por Offset Multicolor S.A., México D.F., 1980. TARKANIAN Michael J. y hosler Dorothy,  Arqueología Mexicana, julio-agosto, Vol. VIII, núm. 44, 2000. SEYMOUR Raimond B. y carraher Charles E. Jr., Introducción a la química de los polímeros. Ed. Reverté, S.A.,1998.