guma

Guma (indyjski. cao =drzewo i ochu =rozdarcie) to zbiorcze określenie elastycznych polimerów, z których wykonana jest guma. Guma może być wulkanizowana, niewulkanizowana lub wstępnie wulkanizowana.

Niektóre rodzaje gumy produkowanej przez rośliny to:kauczuk naturalny, balata, guma chicle, gutaperka i guma guayule (Parthenium argentatum ). Kauczuk naturalny, wytwarzany z lateksu (mleczny sok drzewa kauczukowego (Hevea brasiliensis )), jest najważniejsza z ekonomicznego punktu widzenia. Kauczuk syntetyczny, który obecnie pokrywa około 60% światowego popytu, występuje w wielu formach. Ponadto, faktysa i regeneraty gumy są również rozumiane jako guma.

Historia

Okres prekolumbijski

Ludy Mezoameryki i rdzenne ludy Amazonii na różne sposoby wykorzystywały kauczuk naturalny. Najbardziej znana jest mezoamerykańska gra w piłkę z solidną gumową piłką. Znano również jego właściwości hydrofobowe, więc powlekano nim tkaninę; mówi się, że Majowie wyposażyli swoje stopy w gumową powłokę o ograniczonej trwałości.

Najstarsze znane przedmioty wykonane z gumy pochodzą z 1600 roku p.n.e.

Poza Ameryką Środkową

Na początku wiadomość o kauczuku z Ameryki Środkowej dotarła tylko do kilku osób w Europie, takich jak cesarz Karol V, któremu Hernán Cortés pokazał drużynę grającą w piłkę Azteków. Dopiero dzięki książkom wiedza została udostępniona ogółowi społeczeństwa. W 1615 Juan de Troquemadas opisał w „De la Monarquia Indiana” jak Indianie robili przedmioty wodoodporne, a konkwistador Bernal Díaz del Castillo około 1520 jak azteccy gracze w piłkę. Jednak ta relacja została odkryta i opublikowana dopiero w 1632 roku w bibliotece w Madrycie.

Podczas ekspedycji naukowej dla Paryskiej Akademii Nauk w latach 1735-1745 w regionie Amazonii Charles Marie de La Condamine zaobserwował, jak używa się gumy i opisał indyjską metodę produkcji. Wywołało to kolejne doniesienia i pierwsze europejskie eksperymenty z nowym materiałem:w 1761 odkryto rozpuszczalnik do litej gumy, około 1770 powstała gumka, 1791 pierwszy opatentowany proces Samuela Peala nakładania gumy rozpuszczonej w terpentynie na tkaninę, 1824 pierwszy płaszcz przeciwdeszczowy lub Macintosh i buty Wellingtona. Te wczesne kalosze zostały rozsławione przez Arthura Wellesleya, 1. księcia Wellington w Anglii na początku XIX wieku. Pomimo tych i innych sukcesów, materiał nadal był trudny w użyciu, ponieważ zaczął się kleić, gdy był gorący, a stał się kruchy, gdy był zimny.

Gumowy wysięgnik i zderzenie

Po tym, jak Charles Goodyear wynalazł proces wulkanizacji w 1839 roku, w Amazonii nastąpił boom kauczukowy w latach 1839-1910, który uczynił miasta Manaus i Belém najbogatszymi regionami Brazylii w tamtym czasie. W tym czasie powstał Teatro Amazonas w Manaus, który został otwarty 7 stycznia 1897 z La Gioconda otwarte przez Amilcare Ponchielli i 364 km Madeira Mamoré Railway (EFMM). Miało to na celu transport gumy z trudno dostępnych dla statków obszarów Amazonii do Porto Velho na Rio Madeira. Połączenie kolejowe zostało nawet wspomniane w Traktacie z Petrópolis, między Boliwią a Brazylią, ponieważ uzgodniono przedłużenie linii z brazylijskiego miasta granicznego Guajará-Mirim nad Río Mamoré do boliwijskiego miasta Riberalta. Jednak nigdy tego nie zbudowano, ponieważ gumowy boom skończył się wcześniej.

Po tym, jak guma w postaci gumy stała się ważnym materiałem, podjęto próby uprawy drzew kauczukowych na plantacjach. Odnieśli sukces tylko poza Ameryką Południową, tak jak Anglicy w swoich koloniach w Azji. Już w 1876 r. Anglik Henry Wickham przemycił około 70 000 nasion kauczuku z Brazylii na brytyjski Cejlon (obecnie Sri Lanka), ale dopiero na początku XX wieku większe ilości z Azji pojawiły się na rynku. Kolejnym ważnym obszarem produkcji była tropikalna Afryka. Zwłaszcza w Wolnym Państwie Kongo pod rządami Leopolda II miejscowa ludność była zmuszona do zbierania kauczuku brutalnymi metodami („okrucieństwa w Kongo”); mieszkańcy byli również wykorzystywani do tego celu we francuskich obszarach kolonialnych, takich jak Gabon i Republika Środkowoafrykańska.

Dzięki plantacjom poza Brazylią można było obniżyć cenę i zakończył się gumowy boom w Amazonii. Chociaż duże zapotrzebowanie w czasie I wojny światowej doprowadziło do ożywienia, nie trwało to długo. Oprócz Brazylijczyków, Brytyjczycy również ucierpieli na niskiej cenie, dlatego w 1920 roku opracowali Plan Stevensona (en:Plan Stevensona), kartel gumowy, który odbywał się głównie kosztem największego konsumenta, USA. W tym czasie Henry Ford wymyślił plan samodzielnej uprawy gumy w Brazylii. Na terenie dzisiejszej Fordlândia, w gminie Aveiro, w latach dwudziestych Ford zatrudniał do 5000 pracowników, ale z powodu różnych trudności, takich jak poważna infestacja grzybem Microcyclus ulei znalezionym w Brazylii , projekt nie powiódł się. W 1934 roku miała miejsce kolejna próba ustabilizowania ceny kauczuku (en:International Rubber Regulation Agreement).

Niedobór gumy podczas wojen światowych

Podczas obu wojen światowych Niemcy utraciły dostęp do swoich źródeł kauczuku, co skłoniło do poszukiwania alternatyw. Podczas I wojny światowej Fritz Hofmann wyprodukował z butadienu dimetylowego tzw. kauczuk metylowy, będący substytutem kauczuku.

Kauczuk zabrakło również podczas II wojny światowej. Tym razem nie tylko dla europejskich mocarstw Osi, ale także dla aliantów, ponieważ azjatyckie plantacje zostały podbite przez Japonię.

W Niemczech I.G. Kolorystyka z 1935 roku w zakładach Buna kauczuk butadienowo-styrenowy. Na przykład w Schkopau jako surowiec wykorzystano węgiel brunatny, a niezbędny wodór pochodził z sąsiedniej fabryki Leuna.

Od 1940 roku stanowa Rubber Reserve Company przechowywana w USA kauczuk naturalny, ponieważ USA obawiały się wstrzymania dostaw w przypadku japońskiego ataku w Azji. Kiedy to się stało, Stany Zjednoczone rozpoczęły budowę 15 finansowanych przez rząd fabryk kauczuku Buna od 1941 roku. Patenty na kauczuk butadienowo-styrenowy posiadał Standard Oil z New Jersey, który dzięki umowie z I.G. Farben odmówił wydania patentów Buna na rynek amerykański, po czym komisja śledcza oskarżyła firmę o „ciągły spisek na rzecz Niemiec”, a Harry S. Truman na konferencji prasowej mówił o „zdradzie”. Amerykański Kongres zdecydował o wydaniu patentów Buna dla Ameryki. W 1943 r. amerykańska produkcja 185 175 ton „rządowej gumy” po raz pierwszy przekroczyła niemiecką produkcję 110 569 ton i do końca wojny mogła zostać zwiększona do ponad 730 000 ton.

Podejmowano próby wykorzystania innych zakładów produkujących kauczuk. Podczas kampanii rosyjskiej niemiecki Wehrmacht zdobył rosyjski materiał badawczy na temat wykorzystania mniszka lekarskiego (Taraxacum kok-saghyz Rodin) do produkcji gumy. W 1944 r. Niemcy planowali hodować mlecze na 120 000 hektarów w Europie Wschodniej, ponieważ zawierały od 6% do 10% kauczuku w korzeniach, ale z powodu przebiegu wojny stało się to niemożliwe. W USA, Guayule (Parthenium argentatum ) był badany jako roślina zastępcza podczas II wojny światowej. Tutaj również guma jest skoncentrowana głównie w korzeniach, w proporcji od 7% do 10%.

Kauczuk syntetyczny

Około 1860 roku Greville Williams był w stanie wydestylować izopren z naturalnego kauczuku i wzoru cząsteczkowego C₅ H₈ określać. W ten sposób umożliwił Gustave'owi Bouchardatowi w 1879 r. wyprodukowanie po raz pierwszy kauczuku syntetycznego w procesie trwającym kilka miesięcy, polegającym na ogrzewaniu izoprenu otrzymanego z kauczuku kwasem solnym i otrzymywaniu substancji kauczukopodobnej. Około 1900 r. J. Kondakow wyprodukował pierwszy w pełni syntetyczny kauczuk z dimetylobutadienu, a już w 1909 r. pierwszy patent na produkcję kauczuku syntetycznego uzyskał Fritz Hofmann. 2500 ton wyprodukowano w Bayer w Leverkusen w latach 1915-1918.

Pierwszym komercyjnie opłacalnym kauczukiem syntetycznym był kauczuk butadienowo-styrenowy (SBR), polimer emulsyjny 1,3-butadienu i styrenu opracowany przez Waltera Bock w 1929 roku. W 1930 roku Erich Konrad i Eduard Tschunkur opracowali kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy (NBR), aw USA DuPont stworzył kauczuk chloroprenowy (CR), który jest obecnie sprzedawany jako neopren. Kauczuk silikonowy powstał w USA w 1942 roku, a kauczuk fluorowy w 1948 roku. W następnych latach opracowano coraz więcej kauczuków syntetycznych dostosowanych do konkretnych potrzeb.

Kauczuk naturalny

Starożytni Mezoamerykanie nie byli świadomi wulkanizacji, więc dokonali transformacji lateksu w materiał podobny do gumy, dodając soki drzewne i roślinne.

W Brazylii kauczuk naturalny można nadal pozyskiwać jedynie dużymi kosztami jako produkt kolekcjonerski (ekstrakcjonizm). To ekologicznie bezbłędne, zrównoważone zarządzanie oferuje wielu mieszkańcom niezależną, przyzwoitą egzystencję. (patrz też:Chico Mendes)

Formularz transakcji

Kauczuk naturalny może być sprzedawany w postaci płynnej, co ułatwia późniejsze mieszanie. W tym celu sok drzewny jest zagęszczany na miejscu i stabilizowany amoniakiem. Jeśli kauczuk naturalny jest wstępnie wulkanizowany, nadal pozostaje płynny.

Kauczuk naturalny może być również sprzedawany jako materiał stały. Aby to zrobić, płyn jest koagulowany (powodując krzepnięcie). Następnie wilgotny materiał jest myty, suszony i na różne sposoby kształtowany. Niektóre tradycyjne branże to:prześcieradła wędzone, prześcieradła suszone na powietrzu, naleśniki jasne (prane) i brązowe (nieprane).

• Kauczuk krepowy:Kauczuk naturalny jest koagulowany siarczynem sodu. Guma przechodzi przez żebrowane rolki i na koniec kilka gładkich rolek.

• Kauczuk arkuszowy:Kauczuk naturalny jest koagulowany słabym kwasem mrówkowym lub octowym. Kauczuk jest następnie walcowany w walcarce na gładką taśmę o grubości kilku milimetrów i szerokości około pół metra, a ostatni walec wytłacza charakterystyczny wzór.

Po podzieleniu na „arkusz” lub „naleśniki” o długości około 1 metra, są one suszone, sortowane według jakości i sprzedawane w belach po około 100 kg.

Obecnie najbardziej rozpowszechniony jest kauczuk naturalny, wytwarzany przy użyciu procesów znormalizowanych na poziomie krajowym. Przykładami tych metod są:tajska guma testowana (TTR), standardowa guma indonezyjska (SIR) lub standardowa guma malezyjska (SMR).

Kauczuk naturalny może być również sprzedawany w postaci proszku.

Produkcja światowa

Obecnie pięć najważniejszych krajów produkujących kauczuk naturalny to Tajlandia, Indonezja, Malezja, Indie i Chińska Republika Ludowa. Najwięksi producenci afrykańscy to:Wybrzeże Kości Słoniowej, Nigeria i Liberia. Produkcja światowa wynosi 7,6 mln t (sucha masa, 2003) rocznie, z czego 80% jest eksportowane. Głównymi klientami są USA, Japonia, Chiny, Niemcy i Francja.

Źródło:Handelsblatt - Świat w liczbach (2005)

Zdrowie

Alergia, tak zwana alergia na lateks, może wystąpić na kauczuk naturalny, a właściwie na śladowe ilości zawartego w nim białka. Chociaż stosunkowo rozpowszechnione, dokładne rozpowszechnienie nie jest znane; szacowana wartość to 3-20%. Wiadomo jednak, że osoby, które często stykają się z kauczukiem naturalnym, stanowią grupę ryzyka, która znacznie częściej cierpi na tę alergię. Są to lekarze, pielęgniarki chirurgiczne, pielęgniarki, ale także dzieci, które często muszą być operowane. Jeśli zamiast tego użyjesz czystej, syntetycznej gumy, jest to możliwe bez żadnych problemów. Jednak niektóre tworzywa sztuczne zawierają naturalny lateks bez etykiet, co może być bardzo problematyczne, zwłaszcza dla pacjentów z tą alergią.

Kauczuk syntetyczny

Główny artykuł:Kauczuk syntetyczny

Obecnie guma jest produkowana głównie syntetycznie poprzez polimeryzację. Składa się głównie ze styrenu i butadienu, inne surowce bazowe to akrylan styrenu, czysty akrylan, octan winylu.

Łańcuchy polimerowe składają się zwykle z węglowodorów. Możliwe są również łańcuchy na bazie silikonów lub innych związków.

Produkcja światowa

Obecnie kauczuk syntetyczny stanowi około 60% całkowitego zapotrzebowania na kauczuk. W 1998 roku, według Międzynarodowego Instytutu Producentów Kauczuku Syntetycznego (IISRP), sprzedaż wyniosła 10,4 mln ton, z czego 70% trafiło do przemysłu motoryzacyjnego. Najlepiej sprzedającymi się gatunkami syntetycznymi są:kauczuk styrenowo-butadienowy (SBR), kauczuk polibutadienowy (BR), kauczuk nitrylowy (NBR), kauczuk chloroprenowy (CR) oraz kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM). Lateks butadienowo-styrenowy (SBL) jest ważny dla przemysłu dywanowego, a kauczuk silikonowy (SI) do zastosowań w temperaturach do 300 °C.

Struktura chemiczna

Kauczuk naturalny składa się ze spolimeryzowanego izoprenu (2-metylo-1,3-butadienu) o niezwykle jednolitej strukturze (zawartość cis-1,4-poliizoprenu> 99%); jego średnia masa molowa jest niezwykle wysoka i wynosi około 2 milionów g·mol.

Właściwości materiału

Właściwości gumy ulegają znacznym zmianom w wyniku wulkanizacji. Ponadto guma jest obecnie powszechnie stosowana jako mieszanka.

Guma niewulkanizowana jest lepkosprężysta, co oznacza, że ​​po przyłożeniu siły zewnętrznej materiał powoli rozciąga się do ostatecznego wydłużenia i po usunięciu siły nie wraca w pełni do pierwotnego kształtu. Guma po wulkanizacji wykazuje dwa ważne obszary elastyczności:w wysokich temperaturach materiał jest nadal lepkosprężysty, podczas gdy w niskich temperaturach zachowuje się elastycznie. Jeśli jednak temperatura spadnie poniżej temperatury zeszklenia, guma stanie się twarda i krucha.

Wulkanizowany kauczuk naturalny jest szczególnie elastyczny (nawet w niskich temperaturach) i ma wysoką wytrzymałość na rozciąganie.

Dalsze przetwarzanie

Kauczuk uzupełniany jest zwykle wypełniaczami, takimi jak sadza, m.in. B. do zwiększenia odporności na ścieranie opon samochodowych, plastyfikatorów, faktysy (usieciowanych olejów mineralnych lub roślinnych o właściwościach gumopodobnych), chemikaliów sieciujących, inhibitorów starzenia, uniepalniaczy oraz pigmentów lub barwników. Dalsze dodatki są możliwe w zależności od wymagań produktu końcowego.

Zarówno kauczuk naturalny, jak i kauczuk syntetyczny są wulkanizowane.

Gumę można dalej przetwarzać na gumę porowatą, zwaną również gumą piankową, w której elastyczna pianka ma całkowicie zamkniętą strukturę porów do pełnego otwarcia może mieć. W ten sposób można zaoszczędzić nie tylko materiał, a tym samym koszty, ale także pewne właściwości mechaniczne profilu, takie jak np. B. twardość można zmienić.

produkty

Od 65% do 70% całej gumy trafia do produkcji opon samochodowych.

Kauczuk naturalny może być stosowany jako jedyny polimer lub w mieszankach z kauczukami syntetycznymi. Wadą jest to, że kauczuk naturalny może się rozpuszczać w kontakcie ze światłem słonecznym, światłem UV lub tłuszczami.

Główne obszary zastosowania to spoiwa do powlekania papieru, podkłady dywanowe i artykuły maczane, takie jak np. cienkie rękawiczki.

W formie spienionej guma stosowana jest na materace i gąbki. Znajduje się również w bardzo cienkich foliach na prezerwatywy, rękawiczki lub balony oraz w grubszych foliach do produkcji form, opon samochodów ciężarowych i samochodowych, mocowań silnika i różnych związków gumy/metalu.

Innym ważnym zastosowaniem są gumowe profile uszczelniające. Ze względu na korzystne właściwości pogodowe, głównie do tego celu stosuje się EPDM. Systemy uszczelniające są produkowane metodą wytłaczania i często są flokowane, laminowane i/lub malowane w kolejnych procesach wykończeniowych.

Odzież i inne artykuły z kauczuku (lateks) lub gumy w szczególny sposób podrażniają skórę i inne zmysły (zapach, optyka) (ciepło - zimno, wilgoć, nacisk na kształty ciała) i tym samym służą gumowemu fetyszyzmowi.

Referencje

Georg Abts:Wprowadzenie do technologii gumy . Hanser-Verlag, 2007, ISBN 3-446-40940-8

• guttaperka
• Chile
• Bałata
• Wulkanizacja
• Wulkametr

Indywidualne dowody

1. ↑ „Obsesja Forda na punkcie gumy. Emperyczne studium irracjonalnych decyzji
2. ↑ Jochen Streb, Rozwój przemysłu kauczuku syntetycznego w Niemczech i USA przed i podczas II wojny światowej
3. ↑ Uprawa mniszka lekarskiego do produkcji gumy
4. ↑ Upraw bazy danych mniszka lekarskiego
5. ↑ Baza danych upraw Guayule
6. ↑ https://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/284/5422/1988
7. ↑ Stowarzyszenie informacji na temat alergii na lateks