Садржај
Крајем 1930-их, Сједињене Државе су користиле више од половине светске залихе природне гуме. Данас се природна гума може наћи у преко 50.000 произведених производа у Сједињеним Државама, а САД сваке године увозе преко 3 милијарде фунти природне гуме. Преко 70 одсто гуме која се користи у савременим производним процесима, међутим, је синтетичка гума.
Позадина природне гуме
Природна гума почиње као латекс. Латекс се састоји од полимера званог полиизопрен суспендованог у води. Молекули дугог ланца састављени од многих (поли) појединачних јединица (мерс) повезаних заједно формирају полимере. Гума је посебан облик полимера који се назива еластомер, што значи да се полимерни молекули протежу и савијају.
Више од 2.500 биљака производи латекс, материјал сличан млеку сока. Млијечна трава је многима можда најпознатија биљка за производњу латекса, али комерцијални латекс потиче од једног тропског стабла, Хевеа брасилиенсис. Као што име сугерира, дрво гуме је поријекло из тропске Јужне Америке. Пре више од 3000 година, мезоамеричке цивилизације су помешале латекс са јутарњом соком славе да би створиле гуму. Промена односа латекса и сока за јутарњу славу променила је својства гуме. Од наглих куглица до гумених сандала, Мезоамериканци су знали и користили гуму.
Прије 1900. године, већина природне гуме долази од дивљих стабала у Бразилу. Како је почело 20. веко, понуда и потражња надмашиле су производњу са све већом популарношћу бицикала и аутомобила. Сјеме кријумчарено из Бразила довело је до плантажа стабала гуме на југоистоку Азије. До 1930-их употреба природне гуме кретала се од гума на возилима и ваздухопловима до 32 килограма који су пронађени у обући, одећи и опреми војника. До тада, највећи део америчке залихе гуме стизао је из југоисточне Азије, али Други светски рат је одсекао САД од већине његовог снабдевања.
Процес производње природне гуме
Процес производње природне гуме почиње са бербом латекса са стабала гуме. Берба латекса са стабала гуме почиње са ломљењем или сечењем у коре дрвета. Латекс се прелива у шољу причвршћену за дно сече у дрвету. Материјал из многих стабала латекс се накупља у великим резервоарима.
Најчешћа метода екстракције гуме из латекса користи коагулацију, процес који полиизопрен увија или задебљава у масу. Овај поступак се постиже додавањем киселине попут мравље киселине у латекс. Процес коагулације траје око 12 сати.
Вода се исцеђује из згрушавања гуме помоћу низа ваљака. Резултирајући танки листови, дебљине око 1/8 инча, суше се преко дрвених регала у димњацима. Процес сушења обично захтева неколико дана. Добијена тамно смеђа гума, која се данас назива ребрасти димни лим, пресавијена је у балама ради отпреме у процесор.
Међутим, није пушена сва гума. Гума сушена врућим ваздухом, а не пушењем назива се лист зраком осушен. Овај поступак резултира бољом оцјеном гуме. Још квалитетнија гума која се зове бледо крепаста гума захтева два корака коагулације после чега следи сушење на ваздуху.
Стварање синтетичке гуме
Током година развијено је неколико различитих врста синтетичке гуме. Све је резултат полимеризације (повезивања) молекула. Процес који се назива адицијска полимеризација повезује молекуле у дугачке ланце. Други поступак, назван кондензациона полимеризација, елиминише део молекула јер су молекули повезани. Примери додатних полимера укључују синтетичке гуме направљене од полихлоропрена (неопренске гуме), гуме отпорне на уље и бензин и стирен бутадиенске гуме (СБР), који се користи за гуму која не одскаче у гумама.
Прва озбиљнија потрага за синтетичком гумом започела је у Немачкој током Првог светског рата. Британске блокаде спречиле су Немачку да прими природну гуму. Немачки хемичари су развили полимер из 3-метилисопренских (2,3-диметил-1,3-бутадиен) јединица, из ацетона. Иако је ова замена, метилна гума, била инфериорна од природне гуме, Немачка је производила 15 тона месечно до краја Првог светског рата.
Континуирана истраживања довела су до квалитетнијег синтетичког каучука. Најчешћа врста синтетичке гуме која се тренутно користи, Буна С (стирол-бутадиенска гума или СБР), развијена је 1929. године од стране немачке компаније И.Г. Фарбен. 1955. амерички хемичар Самуел Емметт Хорне, Јр., Развио је полимер од 98 процената цис-1,4-полиизопрена који се понаша попут природне гуме. Ова супстанца у комбинацији са СБР користи се за гуме од 1961. године.
Обрада гуме
Гума, природна или синтетичка, долази у постројења за прераду (произвођач) у великим балама. Једном када гума стигне у фабрику, обрада пролази кроз четири корака: мешање, мешање, обликовање и вулканизација. Формулација и поступак мешања гуме зависи од планираног резултата процеса производње гуме.
Сложено
Сједињавањем се додају хемикалије и други адитиви за прилагођавање гуме намењеној употреби. Природна гума се мења са температуром, постаје крхка од хладноће и лепљив, гњавашан неред због врућине. Хемикалије додате током мешања реагују са гумом током процеса вулканизације за стабилизацију гумених полимера. Додатни адитиви могу укључивати армирајуће пуне да би се побољшала својства гуме или неучвршћујућа пунила да продуже гуму, што смањује трошкове. Врста употријебљеног пунила зависи од коначног производа.
Најчешће кориштен армирајући пунило је чађа, добијена од чађе. Чађа повећава влачну чврстоћу гуме и отпорност на абразију и кидање. Чађа такође побољшава отпорност гуме на ултраљубичасту разградњу. Већина гумених производа је црна због пунила.
У зависности од планиране употребе гуме, други адитиви који се користе могу обухватати безводне алуминијумске силикате као ојачавајуће пунила, друге полимере, рециклирану гуму (обично мање од 10 процената), једињења за смањење умора, антиоксиданте, хемикалије отпорне на озон, боје пигменте, пластификаторе , уља за омекшавање и једињења за ослобађање од плијесни.
Мешање
Адитиви се морају темељно мешати у гуму. Висока вискозност (отпорност на проток) гуме отежава мешање без подизања температуре гуме која је довољно висока (до 300 степени Фаренхајта) да проузрокује вулканизацију. Да би се спречила прерана вулканизација, мешање се обично одвија у две фазе. Током прве фазе, адитиви попут чађе се мешају у гуму. Ова мешавина се назива мастербатцх. Једном када се гума охлади, хемикалије за вулканизацију се додају и мешају у гуму.
Обликовање
Обликовање гумених производа одвија се коришћењем четири опште технике: екструдирањем, каландрирањем, премазивањем или обликовањем и ливењем. Може се користити више од једне технике обликовања, зависно од коначног производа.
Екструзија се састоји од форсирања високо пластичне гуме кроз серију вијачних екструдера. Календирање пролази гуму кроз низ све мањих празнина између ваљака. Процес роллер-дие комбинује екструзију и каландрирање, производећи бољи производ од било којег појединачног поступка.
Премазивање користи поступак каландрирања за наношење гуменог слоја или наношење гуме у тканину или други материјал. Гуме, водоотпорни платнени шатори и кабанице, покретне траке, као и сплавови на надувавање израђени су премазом материјала гумом.
Гумени производи попут потплата за ципеле и потпетице, заптивке, заптивке, усисне чаше и чепови за боце изливају се помоћу калупа. Калупљење је такође корак у изради гума. Три основне методе обликовања гуме су компресијско прешање (које се користе у изради гума међу осталим производима), преношење и ињекционо ливење. Вулканизација гуме се одвија током процеса обликовања, а не као посебан корак.
Вулканизација
Вулканизација завршава процес производње гуме. Вулканизација ствара попречне везе између полимера гуме, а поступак варира у зависности од захтева коначног производа од гуме. Мање унакрсних веза између гумених полимера ствара мекшу и флексибилнију гуму. Повећавањем броја попречних спојева смањује се еластичност гуме, што резултира тврђом гумом. Без вулканизације, гума би остала лепљива када је врућа и крхка када је хладна, а много би брже пропадала.
Вулканизација, коју је Цхарлес Гоодиеар првотно открио 1839. године, захтевала је додавање сумпора у гуму и загревање смеше на 280 Ф током око пет сати. Модерна вулканизација уопште користи мање количине сумпора комбиноване са другим хемикалијама да би се време загревања смањило на 15 до 20 минута. Развијене су алтернативне технике вулканизације које не користе сумпор.