El agotamiento de combustibles fósiles y las problemáticas nacionales en términos de medio ambiente y salud instan a reducir el uso de materiales de origen fósil y sustituirlos parcialmente por alternativas más sostenibles como las llantas ecológicas, todo en un esfuerzo por alcanzar los Objetivos del Desarrollo Sostenible 2030. Por lo tanto, se busca cubrir la demanda en desarrollo e investigación de productos basados en materias primas naturales y renovables con aplicaciones especializadas.
En la fabricación de neumáticos se utilizan sobre todo hule natural (NR), hule de estireno butadieno (SBR) y hule de butadieno (BR). La mayoría de los polímeros sintéticos y algunos componentes y/o aditivos requeridos en el formulado de neumáticos proceden de materias primas de origen fósil (derivados del petróleo).
Hacia un futuro más ecológico
Ante ello, en la actualidad se están realizando esfuerzos considerables para fabricar productos a partir de biomateriales libres de fósiles con el fin de contribuir a la conservación del medio ambiente a escala mundial e impulsar un cambio hacia un futuro más limpio, ecológico y sostenible.
Sin embargo, entre los principales hules comerciales utilizados en la manufactura de llantas aún se encuentra el SBR, que ha reemplazado en gran medida al NR debido a sus ventajas en costos y propiedades controlables.
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Se estima que aproximadamente el 75% del butadieno —un subproducto de la destilación del petróleo— se destina para fabricar productos de hule sintético como neumáticos, y la obtención de este material es el preferido por la industria automotriz debido a sus propiedades mecánicas, así como por la versatilidad de sus aplicaciones.
Por otra parte, el SBR se caracteriza por proporcionar propiedades mecánicas específicas que son decisivas para el rendimiento de las llantas; propiedades que incluyen una elongación que oscila entre el 75 y el 600%, lo cual indica su capacidad de estirarse antes de romperse, una tensión a la rotura de 31 a 245 kg/cm², que mide la fuerza máxima que el hule puede soportar previo a romperse, y una dureza de 30 a 90, que refleja su resistencia a la deformación permanente.
Estas cualidades representan un reto para el desarrollo de una metodología eco-amigable destinada a la producción de materiales basados en materias primas de origen renovable que sustituyan y se asemejen a los materiales poliméricos existentes en la industria del hule, evitándose la sobreexplotación de la tierra y nuestra dependencia de combustibles fósiles como materia prima orgánica y, en consecuencia, aminorar el impacto humano en el medio ambiente.
Llantas ecológicas y sostenibilidad
En este sentido, la investigación y producción de llantas ecológicas puede ayudar a reducir o mitigar la huella de carbono global de la industria automovilística. Hoy en día, el rápido crecimiento de este sector, enfocado en el empleo de materiales «verdes», se debe en parte al crecimiento del propio mercado de neumáticos, pero sobre todo al progresivo interés de la sociedad por la sostenibilidad. Además, la creciente preocupación tanto por las emisiones de gases de efecto invernadero como por la limitada disponibilidad de recursos naturales para satisfacer la demanda de un número cada vez mayor de consumidores está obligando a la industria a satisfacer las exigencias gubernamentales y del mercado de productos más sostenibles, como los neumáticos ecológicos.
Como resultado, los fabricantes de neumáticos están enfocándose en la implementación de tecnologías que involucren hules renovables con características iguales o mejores que el hule tradicional. Para lograr este objetivo, se han establecido alianzas estratégicas con gobiernos, investigadores y empresas de biotecnología a fin de avanzar en los esfuerzos compartidos por desarrollar un hule renovable a escala comercial.
Existen grandes oportunidades para ampliar los productos y procesos sostenibles para llantas ecológicas, debido a que actualmente tan solo la mitad de los insumos utilizados son considerados sustentables. Entre los más importantes, en términos de tonelaje, están los hules sintéticos, el negro de humo y las telas o cordones de los neumáticos como el hilo de nylon y poliéster.
Por lo anterior, se considera que dentro de las áreas clave de atención destaca la generación de un material alternativo al NR, y entre las materias primas renovables, los terpenos han despertado un gran interés en la industria del hule sintético como sustitutos del butadieno presente en el SBR.
La investigación de materiales sostenibles en la manufactura de llantas es un área de gran interés en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), centrándose en la obtención de hules derivados de materias primas renovables como el mirceno (My) y el farneseno (Fa). El objetivo es lograr propiedades físicas y mecánicas iguales o superiores a las del hule comercial.
Entre los principales estudios que han sido realizados en CIQA sobresale el desarrollo de copolímeros de estireno-mirceno-butadieno con una relación en peso de 30-35-35. Adicionalmente, se ha investigado también la viabilidad de materiales derivados de terpenos combinados con acrilatos, materiales que han demostrado propiedades mecánicas y de rendimiento dentro del rango reportado para el SBR comercial, lo que sugiere su potencial aplicación en la industria de los neumáticos.
El uso de ambos terpenos (My, Fa) procedentes de fuentes renovables refuerza el compromiso del CIQA encaminado hacia la manufactura de neumáticos más ecológicos que puedan sustituir gradualmente los polímeros derivados del petróleo y asegurar un futuro sostenible para México.
A la fecha, la investigación en CIQA continúa avanzando en el desarrollo de copolímeros y materiales 100% derivados de estos terpenos para producir hules sostenibles en un futuro próximo y que, a su vez, fomenten la gestión de los recursos naturales.
Autores:
Cristal Cabrera Miranda, Teresa Córdova, José Alejandro Díaz Elizondo, Ricardo Mendoza Carrizales, Ramón Díaz de León, Héctor Ricardo López González, Florentino Soriano Corral.
Centro de Investigación en Química Aplicada
Departamento de Procesos de Polimerización
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