Por qué los neumáticos son negros si ese no es el color natural del caucho

La tecnología de los neumáticos ha avanzado mucho desde que aquel Ford Model T saliera de la fábrica por primera vez en 1908. 
Los neumáticos modernos no solo son diferentes en dimensión, composición y estructura en general, sino que también tienen un color diferente. Eso es porque los primeros neumáticos eran blancos, y fue en la Primera Guerra Mundial cuando se volvieron de color negro. Este es el por qué.
Supongo que debería decir lo que llevó a reflexionar sobre esto, ya que el color de un neumático probablemente no es algo sobre lo que alguien se pare a pensar. Cuando mi padre vino a visitarme a Detroit en marzo, lo llevé al Ford Piquette Avenue Plant Museum, la primera fábrica propiedad de Ford, y el lugar donde se concibió y ensambló el primer Model T.
Mientras estaba allí, noté que ciertos modelos tenían neumáticos blancos, mientras que otros tenían ruedas envueltas en caucho negro, como los que estamos acostumbrados a ver hoy. Para aprender más, me puse en contacto con el fabricante de neumáticos Michelin.
“Los neumáticos originales tenían un tono más claro debido al color natural del caucho”, me dijo un representante de la compañía. “El negro de carbón [un fino hollín que se usa en la fabricación de ciertos productos] se añadió al compuesto de caucho [circa 1917] y provocó que la resistencia fuese diez veces mayor”.
Este aumento de la duración de los neumáticos fue confirmado por el galardonado ingeniero químico Jack Koenig, quien dice en su libro Spectroscopy of Polymers que un neumático sin negro de carbón duraría “menos de 8000 kilómetros”. Ten en cuenta que la mayoría de los neumáticos recorren entre 19.000 y 24.000 kilómetros al año, y están preparados para durar tres o cuatro años, o incluso más, así que te puedes hacer una idea de la diferencia.
El portavoz de Michelin continuó diciendo que el negro de carbón es aproximadamente entre un cuarto y un 30 por ciento de la composición del caucho que se utiliza en los neumáticos de hoy en día, y además de hacerlos más resistentes al desgaste, el material que otorga a los neumáticos su color negro también ayuda a proteger los neumáticos contra los rayos ultravioleta, que pueden agrietarlos, y también mejora el agarre y su manejo por la carretera.
La compañía de neumáticos Coker también sostiene que el color de los neumáticos se debe al negro de carbón en una publicación del blog titulada “The History and Timeline of Whitewall Tires”, y menciona que las robustas propiedades del negro de carbón son fundamentales. El blog Hug the Road de Goodyear también menciona que aportan una mejor resistencia al ozono y una mayor conductividad que ayuda a transferir el calor de la banda de rodadura a las correas.
Así que ahora merece la pena preguntarnos:

¿Qué es el negro de carbón?



El negro de carbón es el producto de un hidrocarburo que ha sufrido una combustión incompleta, y cuyo “humo” ha sido capturado en forma de finas partículas negras que están básicamente compuestas de carbono.

Ha sido fabricado de diferentes formas a lo largo de los años. Según el fabricante de negro de carbón Orion Engineered Carbons, uno de los procesos más antiguos consiste en permitir que la llama de una lámpara de aceite impacte sobre una superficie fría, y luego se raspa el hollín en polvo resultante de esa superficie. Ese hollín en polvo se usó como tinta durante muchos siglos.

Pero en la década de 1870, como señalaba el emocionante tomo Developments in Rubber Technology, Volume 1, se produjo un gran avance denominado proceso de canalizado. Esencialmente, involucraba quemar gas natural en una serie de conductos de metal en forma de H que eran enfriados por agua, y luego se recolectaban los depósitos de carbono que dejaban. Este nuevo proceso conseguía partículas más finas y, aparentemente, fue un importante paso para producir neumáticos más resistentes para la industria automotriz. Así lo describe Orion Engineered Carbons en uno de sus folletos de propaganda:
Las partículas más finas obtenidas a través de este canalizado hicieron posible aumentar la duración del neumático a varias decenas de miles de kilómetros. Si miramos atrás, la industria automotriz debe gran parte de su rápido crecimiento al descubrimiento y refinamiento de esta técnica
Pero este sistema no era particularmente eficiente ni respetuoso con el medio ambiente, como puedes ver en la siguiente imagen. Estas eran llamadas las “casas calientes” que se encargaban del proceso, y su humo se podía ver a kilómetros.
Hoy en día, el método principal para obtener negro de carbón se denomina “proceso de horneado”, que consiste en coger algo de petróleo o gas natural e inyectarlo en un horno donde se haya quemado gas natural y el aire se haya precalentado (como en la imagen que hay a continuación). Las altas temperaturas de esta reacción hacen que la materia prima se “rompa” y se convierta en humo, que posteriormente se enfría con agua, y así se consiguen filtrar pequeñas partículas de negro de carbón del gas.
El polvo fino resultante se transforma en bolitas mediante agua y un agente adhesivo para facilitar su manejo y transporte.
El polvo de negro de carbón es extremadamente fino, y para ver la verdadera forma del material es necesario un microscopio electrónico, que revela partículas diminutas –generalmente entre 10 nanómetros y 500 nanómetros–que se han fusionado en cadenas de formas diversas. De acuerdo con el importante fabricante de negro de carbón Birla Carbon, el tamaño de las partículas, así como el de los “conglomerados” que han sido fusionados y la forma que tienen, afectan a cosas como la resistencia a la abrasión del caucho, su elasticidad, su negrura, su conductividad o su resistencia a la mala climatología.
Los diferentes grados de negro de carbón tienden a clasificarse según su área de superficie, así como por su efecto en la tasa de endurecimiento del caucho. Aquíse muestran los diferentes grados que hay.

Cómo la escasez de suministros de la Primera Guerra Mundial podría ser la razón de por qué los neumáticos son negros


La historia de cómo los neumáticos adquirieron su color negro tan característico es compleja y fascinante, pero también un poco turbia. Hablé con Jack Seavitt, miembro del consejo de administración y también guía turístico de la planta de Ford Piquette. Aunque más tarde admitió que él y sus compañeros tenían historias diferentes sobre cómo había acabado así, su opinión era que los neumáticos podían haber acabado siendo negros como resultado de la escasez de municiones durante la Primera Guerra Mundial.

En particular, dijo que a principios de 1900, los fabricantes de neumáticos descubrieron que podían añadir óxido de magnesio al caucho para aumentar su resistencia. “Pero el óxido de magnesio era necesario en las fábricas de municiones durante la Primera Guerra Mundial”, me dijo, diciendo que se usaba como propulsor, y que también andaban cortos de bronce para los proyectiles de artillería. “Así que le dijeron a la industria automotriz: ya no se puede usar latón ni óxido de magnesio en los neumáticos”.

“Así que les dijeron que buscaran otra cosa, y eso fue el negro de carbón”.
Inseguro sobre su teoría, Seavitt me dijo que él y su equipo harían más investigaciones sobre el tema y, aunque todavía no he recibido respuesta, la historia de Seavitt me llevó a investigar un poco más sobre la influencia de la Primera Guerra Mundial en el negro de los neumáticos. Y lo que encontré es que parece tener parte de razón.
Después de navegar un rato por internet acabé informándome sobre Crayola, la marca de pinturas y subrayadores. Crayola era una marca de la compañía Binney & Smith, llamada así por Edwin Binney y C. Harold Smith. Estos dos eran el hijo y el sobrino, respectivamente, de Joseph Binney, fundador de Peekskill Chemical Works, con sede en Nueva York, que vendía carbón vegetal y el hollín que mencionamos antes que se obtenía recolectando los posos del aceite quemado y que se usaba para hacer pigmentos y tintas.
Después de que Joseph se retirase y Edwin y C. Harold comenzaran en Binney & Smith, la compañía se hizo conocida por la pintura de óxido rojo, que se usaba para decorar graneros en todo Estados Unidos, y después del cambio de siglo, Binney & Smith introdujo algunas innovaciones como la tiza sin polvo para las aulas y ceras baratas con la marca “Crayola”. Más importante aún, en este momento, Binney & Smith se había convertido en el líder mundial de la producción de negro de carbón a base de gas natural, vendiéndolo como tinta bajo la marca “Peerless”, que ganó un premio de oro en la Expo de París de 1900.
Binney y Smith incluso lograron mejoras en los procesos de fabricación del negro de carbón a través de patentes como ésta de 1890 Edwin Binney: “apparatus for the manufacture of carbon-black.”. Estas mejoras en el proceso de producción, junto con todo el gas natural descubierto durante la fiebre del petróleo de Pensilvania, fueron determinantes en la revolución de la industria del neumático.
Según un artículo escrito en 1992 de la American Society for Testing and Materials por un gerente de garantía de calidad de Michelin, Thomas Hancock –fundador de la industria británica del caucho– y Charles Goodyear –descubridor del proceso de vulcanización– ya tenían patentes en la década de 1830 para tratar de añadir negro de carbón al caucho para cambiar su color, pero no ocurrió hasta mucho más tarde.
El autor, Jeffery A. Melsom, dice que los beneficios de cómo endurecía el negro de carbón al caucho fueron descubiertos por S.C. Mote, un químico de Silvertown en 1904.
“Sin embargo, no fue hasta 1912", escribió Melsom, “que este ingrediente secreto fue utilizado en los neumáticos por la Diamond Rubber Co. de Akron, Ohio, que adquirió los derechos de uso del material de la compañía de Mote”.
Aquí es donde las historias varían. Melsom dice que S.C. Mote de Silvertown descubrió el valor del negro de carbón en los neumáticos, y que Diamond Rubber pidió permiso a Mote para usarlo en sus neumáticos. Pero la empresa Birla otorga gran parte del mérito de descubrir las propiedades del negro de carbón a B.F. Goodrich, que era propietario de Diamond Rubber Co, y que estaba impresionado por los neumáticos “Silvertown” que había importado de Inglaterra. Birla escribió esto en su página web:
Pero cuando [B.F. Goodrich] comenzó a experimentar con los neumáticos “Silvertown” para cambiar su color, descubrió que el caucho de la banda de rodadura no solo se había vuelto gris, sino que también duraba más.
Los fabricantes de Silvertown habían estado utilizando una pequeña cantidad de negro de carbón de Binney & Smith para dar a sus neumáticos ese color, y Goodrich descubrió que al aumentar la cantidad de las partículas de goma unidas, los neumáticos eran más fuertes. Así que en 1911, presentaron una solicitud a un fabricante que podía producir un suministro anual de medio millón de kilos de negro de carbón.
La encargada de suministrar esa gran cantidad de negro de carbón BFG fue la compañía de Binney & Smith, que luego desempeñó un papel importante en la creación de Columbian Carbon Company, una unión de pequeñas empresas de negro de carbón, que fue adquirida en 2011 por Birla, el actual gigante de la industria del negro de carbón.
Así que, para resumir, Binney y Smith, la compañía que fundó el fabricante de pinturas Crayola, se convirtió en un gran productor de negro de carbón para su uso en tintas y pigmentos, un químico de una empresa británica de neumáticos puso el material en los neumáticos y posiblemente se dio cuenta de que el negro de carbón podría reemplazar al óxido de zinc (que se usaba como agente para reforzar los neumáticos a principios de 1900), luego BF oyó hablar de estos neumáticos y terminó por popularizar esta tecnología gracias a un enorme pedido de negro de carbón para Binney y Smith.
Entonces, ¿dónde entra en juego la Primera Guerra Mundial? Bueno, Jack Seavitt, de la planta Ford Piquette, sugirió acertadamente lo de la escasez de municiones, aunque creo que confundió óxido de magnesio con óxido de zinc. Puede ser que tuviese parte de razón porque la revista Fortune habló de ello en 1988:
El mercado del negro de carbón explotó después de la Primera Guerra Mundial. Hasta entonces, el óxido de zinc se usaba para reforzar el caucho de los neumáticos. Cuando la producción de latón para envolver los proyectiles acabó con todo el zinc disponible, los químicos se encontraron con el negro de carbón, que funcionó incluso mejor.
También me encontré con este párrafo en Reinforced Plastics magazine:
La fecha de este descubrimiento es bastante ominosa, ya que ocurrió la víspera del inicio de la Primera Guerra Mundial. El óxido de zinc se había utilizado como agente para reforzar los neumáticos; sin embargo, el zinc es un componente del latón y era necesario para las balas, las municiones y las armas. Esto allanó el camino para lo que ocurrió a continuación, que el negro de carbón pasara de una pequeña empresa de pigmentos negros a una gran empresa química industrial. El volumen de negro de carbón suministrado al mercado se multiplicó entre 1915 y 1924 como resultado de esta nueva innovación...
El portavoz de Michelin me dijo que los primeros neumáticos negros de la compañía, lanzados en 1917, se llamaban “Cubiertas universales de la banda de rodadura” y se anunciaban como neumáticos fabricados para “todas las carreteras y todos los climas”.
Por tanto, no está totalmente claro cuánto tuvo que ver el factor de la Primera Guerra Mundial para que los neumáticos se volvieran negros, ya que parece que sabían de la resistencia del negro de carbón mucho antes, gracias en parte a Binney & Smith y a la fiebre del petróleo en Pennsylvania.
Parece una suma de muchas cosas. Al mismo tiempo, los automóviles se estaban extendiendo gracias a la producción en masa, y los neumáticos se estaban volviendo lo suficientemente fuertes para hacer que valiera la pena el refuerzo de utilizar negro de carbón, mientras restringían el uso de otros químicos durante la guerra.
Pero bueno, el hecho es que a partir de la Primera Guerra Mundial, el negro de carbón sustituyó al óxido de zinc y los neumáticos se volvieron negros. Pero lo que es más importante, se volvieron más duraderos y aún conservan ese color hasta el día de hoy.
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