Pin
Send
Share
Send


Gumowy jest elastycznym polimerem węglowodorowym występującym jako mleczna koloidalna zawiesina (znana jako lateks) w sokach z kilku odmian roślin. Guma może być również produkowana syntetycznie.

Niestety historia gumy ma również ciemną stronę. Około sto lat temu miliony Afrykanów zginęły w Wolnym Państwie Kongo w wyniku pożądania zysków z gumy i gumy.

Źródła

Głównym komercyjnym źródłem naturalnego lateksu używanego do produkcji gumy jest drzewo kauczukowe Para, Hevea brasiliensis (Euphorbiaceae). Wynika to głównie z tego, że reaguje na zranienie, wytwarzając więcej lateksu. W 1876 roku Henry Wickham zebrał tysiące nasion tej rośliny z Brazylii i kiełkował w ogrodach Kew w Anglii. Sadzonki zostały następnie wysłane do Kolombo, Indonezji, Singapuru i Wielkiej Brytanii na Malaję. Malaya później stała się największym producentem gumy.

Inne rośliny zawierające lateks to figi (Figowiec elastyczny), euforbii i mniszka lekarskiego. Chociaż nie były to główne źródła gumy, Niemcy próbowały je wykorzystać podczas II wojny światowej, kiedy zostały odcięte od dostaw gumy. Te próby zostały później zastąpione opracowaniem kauczuku syntetycznego. Jego gęstość wynosi około 920 kilogramów / metr3.

Kolekcja gumy

Kobieta na Sri Lance (Cejlon) w trakcie zbierania gumy

W miejscach takich jak Kerala, gdzie obfitość kokosów rośnie, połowa skorupy orzecha kokosowego służy jako pojemnik do zbierania lateksu. Skorupy są przymocowane do drzewa krótkim, ostrym patykiem, a lateks kapie do niego przez noc. Zwykle wytwarza lateks do poziomu od połowy do trzech czwartych skorupy. Lateks z wielu drzew wlewa się następnie do płaskich patelni, a następnie miesza się go z kwasem mrówkowym, który służy jako koagulant. Po kilku godzinach bardzo mokre arkusze gumy są wyciskane przez umieszczenie ich w prasie, a następnie wysyłane do fabryk, w których odbywa się wulkanizacja i dalsze przetwarzanie.

Obecne źródła gumy

Dziś Azja jest głównym źródłem kauczuku naturalnego. Ponad połowa używanej obecnie gumy jest syntetyczna, ale rocznie produkuje się kilka milionów ton kauczuku naturalnego i jest ona nadal niezbędna dla niektórych gałęzi przemysłu, w tym motoryzacyjnego i wojskowego.

Hipoalergiczna guma może być wykonana z guayule.

Kauczuk naturalny jest często wulkanizowany, co jest procesem, w którym kauczuk jest podgrzewany, a siarka, nadtlenek lub bisfenol są dodawane w celu poprawy sprężystości i elastyczności oraz w celu zapobieżenia pogorszeniu. Wulkanizacja znacznie poprawiła trwałość i użyteczność gumy od lat 30. XIX wieku. Pomyślny rozwój wulkanizacji jest ściśle związany z Charlesem Goodyearem. Sadza jest często stosowana jako dodatek do gumy w celu poprawy jej wytrzymałości, szczególnie w oponach samochodowych.

Historia

W rodzimych regionach Ameryki Środkowej i Południowej gumę zbierano od dawna. Cywilizacje mezoamerykańskie stosowały gumę głównie z gatunków roślin znanych jako Elastyczna kastylia. Starożytni mezamerycy mieli grę w piłkę z gumowymi kulkami i znaleziono kilka gumek z okresu przedkolumbijskiego (zawsze w miejscach zalanych słodką wodą), z których najwcześniej datowano na około 1600 r.p.n.e. Według Bernala Díaza del Castillo hiszpańscy konkwistadorzy byli tak zdumieni energicznym odbijaniem się gumowych piłek Azteków, że zastanawiali się, czy kulki te zostały zaczarowane przez złe duchy. Majowie stworzyli też rodzaj tymczasowego gumowego obuwia, zanurzając stopy w mieszance lateksu.

Gumy użyto również w różnych innych kontekstach, takich jak paski do mocowania narzędzi kamiennych i metalowych do drewnianych uchwytów oraz wyściółki do uchwytów narzędziowych. Chociaż starożytni mezoamerycyanie nie wiedzieli o wulkanizacji, opracowali organiczne metody przetwarzania gumy z podobnymi wynikami, mieszając surowy lateks z różnymi sokami i sokami z innych winorośli, szczególnie Ipomoea alba, gatunek porannej chwały. W Brazylii tubylcy rozumieli użycie gumy do produkcji wodoodpornej tkaniny. Jedna z historii mówi, że pierwszy Europejczyk powrócił do Portugalii z Brazylii z próbkami takiej hydrofobowej, gumowanej tkaniny, która tak zszokowała ludzi, że został postawiony przed sądem pod zarzutem czarów.

Pierwsze odniesienie do gumy w Anglii wydaje się mieć miejsce w 1770 r., Kiedy Joseph Priestley zauważył, że kawałek materiału był wyjątkowo dobry do wycierania śladów ołówka na papierze, stąd nazwa „guma”. Mniej więcej w tym samym czasie Edward Nairne zaczął sprzedawać kostki naturalnej gumy ze swojego sklepu przy 20 Cornhill w Londynie. Kostki, które mają być gumkami, sprzedawane były za zadziwiająco wysoką cenę trzech szylingów za pół cala sześcianu.

Drzewo kauczukowe początkowo rosło w Ameryce Południowej, gdzie było głównym źródłem ograniczonej ilości gumy lateksowej zużywanej przez większą część dziewiętnastego wieku. Około sto lat temu wolne państwo Kongo w Afryce było znaczącym źródłem naturalnego lateksu kauczukowego, gromadzonego głównie przez pracę przymusową. Wolne Państwo Kongo zostało sfałszowane i rządzone jako osobista kolonia przez króla Belgii Leopolda II. Zginęły tam miliony Afrykanów w wyniku żądzy gumowych i gumowych zysków. Po wielokrotnych staraniach gumę z powodzeniem uprawiano w Azji Południowo-Wschodniej, gdzie obecnie jest powszechnie uprawiana.

W połowie XIX wieku guma była materiałem nowatorskim, ale nie znalazła dużego zastosowania w świecie przemysłowym. Był używany najpierw jako gumki, a następnie jako urządzenia medyczne do łączenia rurek i wdychania gazów medycznych. Po odkryciu, że guma jest rozpuszczalna w eterze, znalazła zastosowanie w wodoodpornych powłokach, szczególnie do obuwia, a wkrótce potem gumowany płaszcz Mackintosh stał się bardzo popularny.

Niemniej jednak większość z tych aplikacji była niewielka, a materiał nie trwał długo. Powodem tego braku poważnych zastosowań był fakt, że materiał nie był trwały, był lepki i często gnił i pachniał źle, ponieważ pozostawał w stanie nieutwardzonym.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Kauczuk wykazuje unikalne właściwości fizyczne i chemiczne.

Oprócz kilku naturalnych zanieczyszczeń produktu, kauczuk naturalny jest zasadniczo polimerem jednostek izoprenowych, monomerem węglowodorowo-dienowym. Kauczuk syntetyczny można wytwarzać jako polimer izoprenu lub różnych innych monomerów. Uważa się, że guma została nazwana przez Josepha Priestleya, który odkrył w 1770 roku, że suszony lateks wycierał ślady ołówka. Właściwości materiałowe kauczuku naturalnego sprawiają, że jest to elastomer i tworzywo termoplastyczne.

Zachowanie gumy przy obciążeniu i naprężeniu wykazuje efekt Mullinsa, efekt Payne'a i często jest modelowany jako hiperelastyczny.

Dlaczego guma ma elastyczność?

W większości materiałów elastycznych, takich jak metale stosowane w sprężynach, zachowanie sprężystości jest spowodowane zniekształceniem wiązań. Po zastosowaniu naprężenia długości wiązań odbiegają od równowagi (energii minimalnej), a energia odkształcenia jest magazynowana elektrostatycznie. Zakłada się, że guma często zachowuje się w ten sam sposób, ale okazuje się, że jest to zły opis. Guma jest ciekawym materiałem, ponieważ w przeciwieństwie do metali energia odkształcenia jest magazynowana zarówno termicznie, jak i elektrostatycznie.

W stanie swobodnym guma składa się z długich, zwiniętych łańcuchów polimerowych, które są połączone w kilku punktach. Pomiędzy parą ogniw każdy monomer może swobodnie obracać się wokół swojego sąsiada. Daje to każdej sekcji swobodnego łańcucha do przyjęcia dużej liczby geometrii, takich jak bardzo luźna lina przymocowana do pary stałych punktów. W temperaturze pokojowej guma gromadzi wystarczającą ilość energii kinetycznej, aby każdy odcinek łańcucha oscylował chaotycznie, podobnie jak powyższy kawałek liny gwałtownie wstrząśnięty.

Podczas rozciągania gumy „luźne kawałki liny” są naprężone i dlatego nie są już w stanie oscylować. Ich energia kinetyczna jest wydzielana jako nadmiar ciepła. Dlatego entropia zmniejsza się, gdy przechodzi ze stanu zrelaksowanego do rozciągniętego, i wzrasta podczas relaksacji. Ta zmiana entropii może być również wyjaśniona przez fakt, że ciasny odcinek łańcucha może się złożyć na mniej sposobów (W) niż luźny odcinek łańcucha, w danej temperaturze (nb. Entropia jest zdefiniowana jako S = k * ln (W )). Rozluźnienie rozciągniętej gumki jest więc napędzane przez wzrost entropii, a doświadczana siła nie jest elektrostatyczna, a raczej jest wynikiem energii cieplnej materiału przekształconej w energię kinetyczną. Relaksacja gumy jest endotermiczna. Materiał ulega adiabatycznemu chłodzeniu podczas skurczu. Ta właściwość gumy może być łatwo zweryfikowana poprzez przytrzymanie rozciągniętej gumki na ustach i rozluźnienie jej.

Rozciąganie gumki jest pod pewnymi względami równoważne z kompresją gazu doskonałego, a relaksacja z równoważeniem jego rozszerzania. Należy zauważyć, że sprężony gaz wykazuje również właściwości „sprężyste”, na przykład wewnątrz napompowanej opony samochodowej. Fakt, że rozciąganie jest równoważne kompresji, może wydawać się nieco sprzeczny z intuicją, ale ma sens, jeśli guma jest postrzegana jako gaz jednowymiarowy. Rozciąganie zmniejsza „przestrzeń” dostępną dla każdej sekcji łańcucha.

Wulkanizacja gumy tworzy więcej wiązań dwusiarczkowych między łańcuchami, dzięki czemu każdy wolny odcinek łańcucha jest krótszy. W rezultacie łańcuchy napinają się szybciej dla danej długości obciążenia. Zwiększa to stałą siły sprężystości i sprawia, że ​​guma jest twardsza i mniej rozciągliwa.

Po ochłodzeniu poniżej temperatury zeszklenia segmenty quasi-płynne „zamarzają” do ustalonych geometrii, a guma nagle traci swoje właściwości sprężyste, chociaż proces jest odwracalny. Jest to właściwość, którą dzieli z większością elastomerów. W bardzo niskich temperaturach guma jest właściwie raczej krucha; po uderzeniu rozpadnie się na odłamki. Ta krytyczna temperatura powoduje, że opony zimowe używają bardziej miękkiej wersji gumy niż zwykłe opony. Wadliwe gumowe uszczelki, które przyczyniły się do powstania promu kosmicznego Pretendent Uważano, że katastrofa ostygła poniżej ich temperatury krytycznej. Katastrofa wydarzyła się w niezwykle zimny dzień.

Kauczuk syntetyczny

Kauczuk syntetyczny powstaje w wyniku polimeryzacji różnych monomerów z wytworzeniem polimerów. Stanowią one część szerokiego badania dotyczącego nauki o polimerach i technologii gumy. Jego nazwa naukowa to poliizopren.

Kauczuk syntetyczny to każdy rodzaj sztucznie wytworzonego materiału polimerowego, który działa jak elastomer. Elastomer jest materiałem o właściwościach mechanicznych (lub materiałowych), który może podlegać znacznie bardziej elastycznemu odkształceniu pod wpływem naprężeń niż większość materiałów i nadal wraca do swojego poprzedniego rozmiaru bez trwałego odkształcenia. Kauczuk syntetyczny w wielu przypadkach zastępuje kauczuk naturalny, zwłaszcza gdy potrzebne są ulepszone właściwości materiału.

Kauczuk naturalny pochodzący z lateksu to głównie spolimeryzowany izopren z niewielkim procentem zanieczyszczeń. Ograniczy to zakres dostępnych właściwości. Istnieją również ograniczenia dotyczące proporcji cis i przeł podwójne wiązania wynikające z metod polimeryzacji naturalnego lateksu. Ogranicza to również zakres właściwości dostępnych dla kauczuku naturalnego, chociaż w celu poprawy właściwości stosuje się dodatek siarki i wulkanizację.

Kauczuk syntetyczny można jednak wytworzyć w wyniku polimeryzacji różnych monomerów, w tym izoprenu (2-metylo-1,3-butadien), 1,3-butadienu, chloroprenu (2-chloro-1,3-butadien) i izobutylenu (metylopropen) z małym procentem izoprenu do sieciowania. Ponadto te i inne monomery można mieszać w różnych pożądanych proporcjach w celu kopolimeryzacji w celu uzyskania szerokiego zakresu właściwości fizycznych, mechanicznych i chemicznych. Monomery można wytwarzać w stanie czystym, a dodawanie zanieczyszczeń lub dodatków można kontrolować projektowo, aby uzyskać optymalne właściwości. Polimeryzacja czystych monomerów może być lepiej kontrolowana, aby uzyskać pożądaną proporcję cis i przeł podwójne wiązania.

Pilne zapotrzebowanie na kauczuk syntetyczny, który pochodzi z szeroko rozpowszechnionych surowców, wyrósł z rozszerzonego zastosowania pojazdów silnikowych, a zwłaszcza opon samochodowych, począwszy od lat 90. XIX wieku. Problemy polityczne wynikające z dużych wahań kosztów kauczuku naturalnego doprowadziły do ​​uchwalenia ustawy Stevensona w 1921 r. Akt ten zasadniczo stworzył kartel, który wspierał ceny gumy poprzez regulację produkcji (patrz OPEC). Do 1925 r. Cena kauczuku naturalnego wzrosła do tego stopnia, że ​​firmy takie jak DuPont badały metody produkcji kauczuku syntetycznego, aby konkurować z kauczukiem naturalnym. W przypadku Dupont wysiłek doprowadził do odkrycia neoprenu, który jest syntetyczną gumą, która jest zbyt droga, aby stosować ją w oponach, ale ma pewne bardzo pożądane właściwości, które umożliwiają stosowanie gumy w zastosowaniach, które nie byłyby odpowiednie dla kauczuku naturalnego .

Wulkanizacja

Wulkanizacja lub utwardzanie gumy jest procesem chemicznym, w którym poszczególne cząsteczki polimeru są połączone z innymi cząsteczkami polimeru za pomocą mostów atomowych. Efektem końcowym jest to, że sprężyste cząsteczki gumy zostają usieciowane w większym lub mniejszym stopniu. To sprawia, że ​​materiał sypki jest twardszy, o wiele bardziej trwały, a także bardziej odporny na atak chemiczny. Sprawia również, że powierzchnia materiału jest gładsza i zapobiega przywieraniu do metalowych lub plastikowych katalizatorów chemicznych. Ten silnie usieciowany polimer ma silne wiązania kowalencyjne, z silnymi siłami między łańcuchami, a zatem jest nierozpuszczalnym i nietopliwym polimerem termoutwardzalnym lub termoutwardzalnym. Proces ten nosi nazwę Vulcan, rzymskiego boga ognia.

Powód wulkanizacji

Nieutwardzona naturalna guma zacznie się pogarszać w ciągu kilku dni, stopniowo rozpadając się w mokry, kruchy bałagan. Proces ginięcia składa się częściowo z rozpadu białek (podobnie jak białka mleka), a także z rozpadu dużych cząsteczek gumy, które utleniają się w powietrzu z powodu cząsteczek tlenu atakujących wiązania podwójne.

Kauczuk, który został nieodpowiednio wulkanizowany, również może zginąć, ale wolniej. Proces ginięcia jest wspierany przez długą ekspozycję na światło słoneczne, a zwłaszcza promieniowanie ultrafioletowe.

Opis

Wulkanizacja jest ogólnie uważana za proces nieodwracalny (patrz poniżej), podobny do innych termoutwardzalnych i należy go silnie skontrastować z procesami termoplastycznymi (proces zamrażania ze stopu), które charakteryzują zachowanie większości współczesnych polimerów. Ta nieodwracalna reakcja utwardzania definiuje utwardzone związki gumy jako materiały termoutwardzalne, które nie topią się podczas ogrzewania, i umieszcza je poza klasą materiałów termoplastycznych (takich jak polietylen i polipropylen). Jest to podstawowa różnica między gumami a tworzywami termoplastycznymi i określa warunki ich zastosowania w świecie rzeczywistym, ich koszty oraz ekonomikę ich podaży i popytu.

Zwykle rzeczywiste sieciowanie chemiczne odbywa się za pomocą siarki, ale istnieją inne technologie, w tym systemy oparte na nadtlenkach. Połączony pakiet leczenia w typowym gumowy związek zawiera sam środek utwardzający (siarkę lub nadtlenek), wraz z przyspieszaczami i środkami opóźniającymi.

Wzdłuż cząsteczki gumy znajduje się wiele miejsc, które są atrakcyjne dla atomów siarki. Są to tak zwane witryny leczenia. Podczas wulkanizacji ośmioczłonowy pierścień siarki rozkłada się na mniejsze części o różnej liczbie atomów siarki. Te części są dość reaktywne. W każdym miejscu utwardzania na cząsteczce gumy może się przyczepić jeden lub więcej atomów siarki, a stamtąd łańcuch siarki może rosnąć, aż w końcu osiągnie miejsce utwardzania na innej cząsteczce gumy. Te mostki siarki mają zazwyczaj od dwóch do dziesięciu atomów. Porównaj to z typowymi cząsteczkami polimeru, w których szkielet węglowy ma wiele tysięcy jednostek atomowych. Liczba atomów siarki w sieciowaniu siarką ma silny wpływ na właściwości fizyczne końcowego wyrobu gumowego. Krótkie sieciowanie siarką z zaledwie jednym lub dwoma atomami siarki w sieciowaniu daje gumie bardzo dobrą odporność na ciepło. Sieciowanie z większą liczbą atomów siarki, do sześciu lub siedmiu, zapewnia gumie bardzo dobre właściwości dynamiczne, ale o mniejszej odporności na ciepło. Właściwości dynamiczne są ważne przy zginaniu ruchów artykułu gumowego, np. Ruch ścianki bocznej bieżnej opony. Bez dobrych właściwości zginających ruchy te szybko doprowadzą do powstania pęknięć, a ostatecznie do uszkodzenia wyrobu gumowego. Jest bardzo elastyczny i wodoodporny.

Wkład Goodyeara

Większość podręczników mówi, że Charles Goodyear (1800-1860) jako pierwszy użył siarki do wulkanizacji gumowy. Jednak wiemy dzisiaj, że starożytni mezoamerycyanie osiągnęli te same wyniki w 1600 roku p.n.e. 1.

W zależności od tego, co czytasz, historia Goodyeara to albo szczęście, albo staranne badanie. Goodyear twierdzi, że był to drugi, choć wiele współczesnych relacji wskazuje na ten pierwszy.

Goodyear twierdził, że odkrył wulkanizację na bazie siarki w 1839 r., Ale nie opatentował wynalazku do 15 czerwca 1844 r. I nie napisał historii o odkryciu do 1853 r. W swojej książce autobiograficznej Gum-Elastica. Tymczasem Thomas Hancock (1786-1865), naukowiec i inżynier, opatentował ten proces w Wielkiej Brytanii 21 listopada 1843 r., Osiem tygodni przed tym, jak Goodyear złożył wniosek o własny patent w Wielkiej Brytanii.

Firma Goodyear Tire and Rubber Company przyjęła nazwę Goodyear ze względu na swoją działalność w branży gumowej, ale nie ma innych powiązań z Charlesem Goodyearem i jego rodziną.

Oto opis Goodyeara dotyczący wynalazku, zaczerpnięty z Gum-Elastica. Chociaż książka jest autobiografią, Goodyear postanowił napisać ją w trzeciej osobie, tak aby „wynalazca” i „on”, o których mowa w tekście, byli w rzeczywistości autorem. Opisuje scenę w gumowy fabryka, w której pracował jego brat:

… Wynalazca przeprowadził pewne eksperymenty, aby ustalić wpływ ciepła na ten sam związek, który rozkładał się w torbach pocztowych i innych przedmiotach. Był zaskoczony, gdy okazał się, że nieostrożny kontakt z gorącym piecem zwęglił go niczym skóra.

Goodyear opisuje dalej, w jaki sposób próbował zwrócić na siebie uwagę swojego brata i innych pracowników zakładu, którzy byli zaznajomieni z zachowaniem rozpuszczonej gumy, ale odrzucili jego apelację jako niegodną ich uwagi, uważając ją za jedną z wielu apelował do nich z powodu jakiegoś dziwnego eksperymentu. Goodyear twierdzi, że próbował im powiedzieć, że rozpuszczona guma zwykle topi się po nadmiernym podgrzaniu, ale nadal go ignorują.

Bezpośrednio wywnioskował, że jeśli proces zwęglenia można zatrzymać we właściwym punkcie, może on pozbawić gumę swojej naturalnej przyczepności, co uczyniłoby ją lepszą niż guma rodzima. Po dalszych próbach z gorącem był dalej przekonany o słuszności tego wniosku, odkrywając, że kauczuku indyjskiego nie można stopić we wrzącej siarce przy żadnym tak wielkim upale, ale zawsze zwęglonym. Wykonał kolejną próbę podgrzania podobnej tkaniny przed otwartym ogniem. Nastąpił ten sam efekt, zwęglenie dziąseł; ale istniały dalsze i bardzo zadowalające oznaki sukcesu w osiągnięciu pożądanego rezultatu, ponieważ na krawędzi zwęglonej części pojawiła się linia lub granica, która nie była zwęglona, ​​ale doskonale utwardzona.

Następnie Goodyear opisuje, jak przeprowadził się do Woburn w stanie Massachusetts i przeprowadził szereg systematycznych eksperymentów, aby odkryć odpowiednie warunki do utwardzania gumy.

... Po upewnieniu się, że znalazł przedmiot swoich poszukiwań i wiele więcej, i że nowa substancja jest odporna na zimno i rozpuszczalnik rodzimej gumy, poczuł, że jest obficie wynagrodzony za przeszłość i zupełnie obojętny na próby przyszłości.

Goodyear nigdy nie zarobił na swoim wynalazku. Zastawił cały majątek swojej rodziny, próbując zebrać pieniądze, ale 1 lipca 1860 roku zmarł z długami przekraczającymi 200 000 $.

Późniejsze zmiany

Niezależnie od prawdziwej historii, odkrycie reakcji guma-siarka zrewolucjonizowało użycie i zastosowania gumy oraz zmieniło oblicze świata przemysłowego.

Do tego czasu jedynym sposobem uszczelnienia małej szczeliny na wirującej maszynie lub zapewnienia, że ​​paliwo używane do napędzania tej maszyny (zwykle pary) w cylindrze przykładało siłę do tłoka przy minimalnym wycieku, było za pomocą skóry nasiąkniętej w oleju Było to akceptowalne do umiarkowanych ciśnień, ale powyżej pewnego punktu projektanci maszyn musieli pójść na kompromis między dodatkowym tarciem generowanym przez ściślejsze pakowanie skóry lub stawić czoła większemu wyciekowi cennej pary.

Wulkanizowana guma stanowi idealne rozwiązanie. W przypadku wulkanizowanej gumy inżynierowie mieli materiał, który można było kształtować i formować do precyzyjnych kształtów i wymiarów, i który przyjmowałby umiarkowane do dużych odkształcenia pod obciążeniem i szybko odzyskiwał pierwotne wymiary po usunięciu obciążenia. Te, w połączeniu z dobrą trwałością i brakiem lepkości, są kluczowymi wymaganiami dla skutecznego materiału uszczelniającego.

Dalsze eksperymenty w przetwarzaniu i mieszaniu gumy zostały przeprowadzone głównie w Wielkiej Brytanii przez Hancocka i jego współpracowników. Doprowadziło to do bardziej powtarzalnego i stabilnego procesu.

Jednak w 1905 roku George Oenslager odkrył, że pochodna aniliny o nazwie tiokarbanilid była w stanie przyspieszyć działanie siarki na gumę, co doprowadziło do znacznie krótszych czasów utwardzania i zmniejszenia zużycia energii. Ta praca, choć znacznie mniej znana, jest prawie tak samo fundamentalna dla rozwoju gumowy przemysł jak Goodyear w odkrywaniu leku na siarkę. Akceleratory sprawiły, że proces utwardzania był znacznie bardziej niezawodny i powtarzalny. Rok po odkryciu Oenslager znalazł setki potencjalnych zastosowań tego dodatku.

Tak narodziła się nauka akceleratorów i opóźniaczy. Akcelerator przyspiesza reakcję utwardzania, a opóźniacz opóźnia ją. W następnym stuleciu różni chemicy opracowali inne akceleratory i tak zwane ultra-akceleratory, które sprawiają, że reakcja jest bardzo szybka i są wykorzystywane do produkcji większości nowoczesnych wyrobów gumowych.

Dewulkalizacja

Przemysł gumowy od wielu lat prowadzi badania nad dewulkanizacją gumy. Główną trudnością w recyklingu gumy jest dewulanizacja gumy bez uszczerbku dla jej pożądanych właściwości. Proces dewulanizacji obejmuje obróbkę gumy w postaci granulowanej za pomocą ciepła i / lub środków zmiękczających w celu przywrócenia jej elastyczności, aby umożliwić ponowne użycie gumy. Kilka procesów eksperymentalnych osiągnęło różne stopnie powodzenia w laboratorium, ale okazały się mniej skuteczne, gdy osiągnięto poziomy produkcji komercyjnej. Różne procesy prowadzą również do różnych poziomów dewulanizacji: na przykład zastosowanie bardzo drobnego granulatu i proces, który powoduje dewulkację powierzchni, da produkt o niektórych pożądanych właściwościach z nieprzetworzonego kauczuku.

Proces recyklingu gumy rozpoczyna się od zbierania i rozdrabniania zużytych opon. Dzięki temu guma staje się ziarnista, a wszystkie stalowe i wzmacniające włókna są usuwane. Po wtórnym zmieleniu powstały proszek gumowy jest gotowy do regeneracji produktu. Jednak zastosowania produkcyjne, które mogą wykorzystywać ten obojętny materiał, są ograniczone do tych, które nie wymagają jego wulkanizacji.

W procesie recyklingu gumy dewulanizacja rozpoczyna się od delikacji cząsteczek siarki z cząsteczek gumy, ułatwiając w ten sposób tworzenie nowych wiązań krzyżowych. Opracowano dwa główne procesy recyklingu gumy: zmodyfikowany proces olejowy i proces woda-olej. W każdym z tych procesów olej i środek regenerujący są dodawane do odzyskanego proszku gumowego, który jest poddawany wysokiej temperaturze i ciśnieniu przez długi okres (5-12 godzin) w specjalnym sprzęcie, a także wymaga obszernej mechanicznej obróbki końcowej. Odzyskana guma z tych procesów ma zmienione właściwości i nie nadaje się do stosowania w wielu produktach, w tym oponach. Zazwyczaj te różne procesy dewulanizacji nie doprowadziły do ​​znacznej dewulkanizacji, nie osiągnęły stałej jakości lub były zbyt drogie.

W połowie lat 90. XX wieku naukowcy z Instytutu Badawczego Guangzhou ds. Wykorzystania Zasobów Wielokrotnego Użytku w Chinach opatentowali metodę odzyskiwania i odgazowywania gumy pochodzącej z recyklingu. Ich technologia, znana jako Proces AMR, twierdzi się, że produkuje nowy polimer o stałych właściwościach zbliżonych do właściwości kauczuku naturalnego i syntetycznego oraz przy znacznie niższym potencjalnym koszcie.

The Proces AMR wykorzystuje właściwości molekularne wulkanizowanego proszku gumowego w połączeniu z użyciem aktywatora, modyfikatora i przyspieszacza reagującego jednorodnie z cząstkami gumy. Reakcja chemiczna zachodząca w procesie mieszania ułatwia odbarwianie cząsteczek siarki, tym samym umożliwiając odtworzenie właściwości kauczuku naturalnego lub syntetycznego. Mieszanina dodatków chemicznych jest dodawana do recyklingu gumowego proszku w mieszalniku na około pięć minut, po czym proszek przechodzi przez proces chłodzenia, a następnie jest gotowy do pakowania. Zwolennicy procesu twierdzą również, że proces nie uwalnia toksyn, produktów ubocznych ani zanieczyszczeń. Reaktywowany kauczuk może być następnie mieszany i przetwarzany w celu spełnienia określonych wymagań.

Obecnie Rebound Rubber Corp., który posiada północnoamerykańską licencję na proces AMR, zbudował zakład przerobu gumy i laboratorium badań / kontroli jakości w Dayton, Ohio. Zakład wykonuje serie produkcyjne na zasadzie demonstracyjnej lub na małych poziomach komercyjnych. Przetworzona guma z fabryki w Ohio jest obecnie testowana przez niezależne laboratorium w celu ustalenia jej właściwości fizycznych i chemicznych.

Niezależnie od tego, czy proces AMR się powiedzie, rynek nowej surowej gumy lub jej odpowiednika pozostaje ogromny, a sama Ameryka Północna zużywa ponad 10 miliardów funtów (około 4,5 miliona ton) rocznie. Przemysł samochodowy zużywa około 79 procent nowej gumy i 57 procent gumy syntetycznej. Do tej pory guma pochodząca z recyklingu nie była stosowana w dużych ilościach jako zamiennik nowej lub syntetycznej gumy, głównie dlatego, że pożądane właściwości nie zostały osiągnięte. Zużyte opony są najbardziej widocznymi odpadami z gumy; szacuje się, że sama Ameryka Północna wytwarza rocznie około 300 milionów zużytych opon, przy czym ponad połowa jest dodawana do już dużych zapasów. Szacuje się, że mniej niż 10 procent odpadowej gumy jest ponownie wykorzystywane w każdym nowym produkcie. Ponadto Stany Zjednoczone, Unia Europejska, Europa Wschodnia, Ameryka Łacińska, Japonia i Bliski Wschód wspólnie produkują około miliarda opon rocznie, przy szacowanym nagromadzeniu trzech miliardów w Europie i sześciu miliardów w Ameryce Północnej.

Używa

Guma ma wiele zastosowań. Większość zastosowań przemysłowych to kontrola wibracji i tłumienie stosowane w komponentach samochodowych, takich jak tuleje stabilizatora, zderzaki i mocowania silnika. Guma służy również do tłumienia uderzeń blokujących się urządzeń i tworzenia uszczelnień. Guma jest również stosowana w oponach do pojazdów.

Zobacz też

  • Lateks
  • Synteza chemiczna
  • Opona

Linki zewnętrzne

Wszystkie linki pobrano 31 sierpnia 2019 r.

Pin
Send
Share
Send