Rubber Eine einfache Einführung - Erklären Sie, dass Stuff
T hink von Gummi und Sie denken wahrscheinlich aus elastischen Bändern, Autoreifen oder Bleistift Radiergummis. Aber diese super-dehnbares Material tatsächlich findet seinen Weg in die Zehntausende von verschiedenen Produkten-alles von Stempel und wasserdichte Schuhe zum Surfen Neoprenanzügen. Badekappen und Geschirrspüler Schläuche. Gummi, die seit über 1000 Jahren häufig verwendet wurden, kam einmal ganz aus natürlichen Quellen; jetzt Gummiprodukte sind ebenso wahrscheinlich künstlich in chemischen Anlagen vorgenommen werden. Das ist vor allem, weil wir nicht genug Naturkautschuk produzieren können alle unsere Bedürfnisse zu erfüllen. Und das wiederum ist, weil Gummi so phantastisch nützlich ist. Lassen Sie uns an einem der weltweit erstaunlichsten Materialien einen genaueren Blick!
Foto: Die Hälfte der Gummi der Welt verwendet werden, um Fahrzeugreifen-und mindestens die Hälfte von ihnen sind verschwendet in Deponien, verbrannt in Müllverbrennungsanlagen oder auf andere Weise abgeladen werden.
Was ist Gummi?
Wenn Leute über „Gummi“ zu sprechen, sie nicht angeben, in der Regel, welche Art. Es gibt viele verschiedene Arten von Gummi, aber sie alle fallen in zwei große Typen: Naturkautschuk (Latex aus Pflanzen-grown) und synthetischer Kautschuk (künstlich in einer chemischen Anlage oder im Labor hergestellt). Im Handel sind die wichtigsten Synthesekautschuke Styrol-Butadien (SBR), Polyacryl und Polyvinylacetat (PVA); andere Arten umfassen Polyvinylchlorid (PVC), Polychloropren (Neopren besser als bekannt), und verschiedene Typen von Polyurethan. Obwohl Naturkautschuk und Synthesekautschuken in gewisser Weise ähnlich sind, werden sie von ganz unterschiedlichen Verfahren hergestellt und chemisch ganz anders.
Natürliches Gummi
Naturkautschuk wird aus einem laufenden, milchig-weißer Flüssigkeit genannt Latex, die aus bestimmten Pflanzen sickert, wenn man in sie schneiden. (Common Löwenzahn zum Beispiel produzieren Latex, wenn Sie abknicken ihren Stielen, können Sie den Latex von ihnen tropft sehen Theoretisch gibt es keinen Grund, warum wir nicht Gummi durch wachsenden Löwenzahn machen könnte, obwohl wir eine bräuchten. sehr viel von ihnen.) Auch wenn es so etwas wie 200 Pflanzen in der Welt ist, die Latex produzieren, mehr als 99 Prozent des Naturkautschuk der Welt aus dem Latex hergestellt ist, das aus einer Baumart kommt Hevea brasiliensis genannt. wie der Gummibaum weithin bekannt. Dieser Latex ist etwa ein Drittel Wasser und ein Drittel Gummiteilchen in einer Form als kolloidale Suspension bekannt, gehalten wird. Naturkautschuk ist ein Polymer von Isopren (auch bekannt als 2-Methylbuta-1,3-dien) mit der chemischen Formel (C 5 H 8) n. Um es einfach mehr ausgedrückt, ist es aus vielen Tausenden von Basis C 5 H 8 Einheiten (der Monomer Isopren) verbunden lose lange, verschlungene Ketten zu machen. Diese Ketten von Molekülen können auseinander und entwirrt ziemlich leicht herausgezogen werden, aber sie entspringen gerade wieder zusammen, wenn Sie loslassen-und das ist, was Gummi elastisch macht.
Foto: Links: Gummibänder sind eine sehr vertraute, alltägliche Verwendung von Latex-Gummi. Rechts: Guayule. eine von vielen Pflanzen, aus denen Gummi hergestellt werden kann. Foto von Peggy Greb mit freundlicher Genehmigung von US Department of Agriculture / Agricultural Research Service (USDA / ARS).
Die synthetische Kautschuke
Synthesekautschuke sind in chemischen Anlagen verwendet Petrochemie als Ausgangspunkt gemacht. Einer der ersten (und immer noch einer der besten bekannt) ist Neopren (der Markenname für Polychloropren) mit zusammen Acetylen und Salzsäure reagiert. Emulsions-Styrol-Butadien-Kautschuk (E-SBR). eine andere Synthesekautschuk, ist weit verbreitet für die Herstellung von Fahrzeugreifen.
Für den Rest dieses Artikels, werden konzentrieren wir uns hauptsächlich auf Naturkautschuk.
Wie wird Gummi?
Es dauert mehrere ganz verschiedene Schritte, um ein Produkt aus Naturkautschuk zu machen. Zuerst müssen Sie Ihren Latex aus den Gummibäumen sammeln, um einen traditionellen Prozess Gummi Klopfen genannt werden. Dazu gehört einen breiten, V-förmigen Schnitt in der Baumrinde zu machen. Da der Latex tropft, wird es in einer Tasse gesammelt. Der Latex aus vielen Bäumen wird dann gefiltert, gewaschen und mit Säure zur Reaktion gebracht, um die Partikel aus Gummi Koagulat (zusammenkleben) zu machen. Der Kautschuk auf diese Weise hergestellt wird, zu Brammen oder Platten gepresst und dann getrocknet wird, bereit für den nächsten Produktionsstufen.
An sich ist nicht verarbeitete Gummi nicht so nützlich. Es neigt dazu, spröde zu sein, wenn kalt und muffig und stickig, wenn es erwärmt. Weitere Verfahren werden verwendet, es in ein wesentlich vielseitiges Material zu drehen. Die erste wird als Mastikation (ein Wort, das wir verwenden in der Regel zu beschreiben, wie Tiere Nahrung kauen) bekannt. Masticating Maschinen „kauen“ Rohkautschuk mechanische Walzen mit und drückt sie weicher zu machen, einfacher zu arbeiten, und mehr klebrig. Nachdem der Gummi gekaut wurde, zusätzliche chemische Inhaltsstoffe sind in gemischt, um seine Eigenschaften zu verbessern (zum Beispiel, um sie strapazierfähiger). Als nächstes wird der Kautschuk durch Rollen in Form gestaucht (sogenannter Kalandern) oder durch speziell geformte Löcher gequetscht Hohlrohre (ein Prozess bekannt als Extrusion) zu machen. Schließlich ist der vulkanisierte Kautschuk (gekocht): Schwefel wird zugegeben und das Gummi wird auf etwa 140 ° C (280 ° F).
Foto: Im Jahr 1839 amerikanischen Erfinder Charles Goodyear (1800-1860) entwickelt, um die Vulkanisation (Wärmebehandlung) Prozess, den Gummi härter und haltbarer macht. Er hatte viele Jahre als kämpfen Erfinder verbrachte, versuchte verzweifelt, Gummi in ein nützliches Produkt zu machen, wenn er versehentlich etwas Gummi auf einem heißen Ofen fallen gelassen und sah sie „kochen“ sich in eine viel nützlichere Form: die schwarze, vulkanisierten Materials die meisten von uns wissen, wie Gummi bis zum heutigen Tag. Trotz eines der nützlichsten Materialien aller Zeiten zu entwickeln, machte Goodyear nie viel Geld aus seiner Erfindung und starb tief in Schulden. Glücklicherweise lebt sein Name in dem Goodyear Reife auf unternehmen und sein hervorragender Beitrag zur Werkstofftechnik hat vergessen nie. Foto mit freundlicher Genehmigung von US Library of Congress.
Wo kommt Gummi her?
Wie der Name schon sagt, kam der Gummibaum Hevea brasiliensis ursprünglich aus Brasilien, von wo aus sie in solche Länder des Fernen Ostens wie Malaysia, Indonesien, Burma, Kambodscha, China und Vietnam eingeführt wurde. Während des Zweiten Weltkriegs, die Lieferungen von Naturkautschuk aus diesen Nationen waren nur abgeschnitten, wenn es eine große Nachfrage aus dem Militär-und war, die die Entwicklung von synthetischen Kautschuken beschleunigt, vor allem in Deutschland und den Vereinigten Staaten. Heute sind die meisten Naturkautschuk kommt noch aus dem Fernen Osten, während Russland und seinen ehemaligen Republiken, Frankreich, Deutschland und den Vereinigten Staaten gehören zu den führenden Hersteller von synthetischem Kautschuk weltweit. Die weltweit größte einzelne Quelle von Latex-Gummi ist die Harbel Gummiplantage in der Nähe von Monrovia in Liberia, gegründet in den 1920er und 1930er Jahren von der Firestone Reifenhersteller.
Wie macht Vulkanisation Gummi stärker?
Gummi die Art, die man von einem bekommen Baum beginnt als weiße und laufende Latex ab. Auch wenn es in eine Produkt-Set, das auf Latexbasis, Naturkautschuk ist sehr weich, ziemlich muffig und nicht sehr nützlich. Die Art von Gummi du um dich herum in der Welt zu sehen, in Dinge wie Auto- und Fahrradreifen, vulkanisiert: gekocht mit Schwefel (und oft auch andere Zusatzstoffe) zu erschweren, stärker und länger anhaltend.
Also, was ist der Unterschied zwischen Roh, Latexgummi und gekocht, vulkanisierte Gummi? In seinem natürlichen Zustand, wobei die Moleküle in Gummi sind lange Ketten, die verheddert sind und nur schwach miteinander verbunden. Es ist relativ leicht, sie auseinander zu ziehen-und deshalb Latex-Gummi so dehnbar und elastisch ist. Wenn Latex vulkanisiert wird, helfen, die zugegebenen Schwefelatome zusätzliche Bindungen zwischen den Kautschukmolekülen zu bilden, die als Querverbindungen bekannt sind. Diese funktionieren ein bisschen wie die Traversen Sie auf einer Brücke zu sehen, binden die Moleküle zusammen und macht sie sehr viel schwieriger auseinander zu ziehen.
Grafik: Top: Natürlich, Latexgummi ist leicht auseinander zu ziehen, weil die langen Polymermoleküle es (aus Kohlenstoff und Wasserstoffatom) enthält nur zusammen schwach verknüpft. Unten: Wenn Naturkautschuk mit Schwefel gekocht wird, die Schwefelatome bilden zusätzliche Vernetzungen (hier als gelbe Balken dargestellt) „Verschrauben“ die Moleküle zusammen und macht sie sehr viel schwieriger auseinander zu ziehen. Dieser Prozess wird Vulkanisation genannt, und es macht den starken, haltbaren, schwarzen Gummi wir auf Dinge wie Autoreifen zu sehen.
Was tun wir Gummi für?
Foto: Drei tägliche Leben Anwendung von Gummi. Oben: Ein Latex Radiergummi; Mitte: Die zähen vulkanisierte Gummiantriebsriemen von einem Staubsauger; Unten: die wasserdichte Gummidichtung, die eine Waschmaschinentür dicht abdichtet.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Materials diktieren, was wir verwenden es für. Auch wenn Sie absolut nichts über die reale Welt wissen aus Gummi verwendet, können Sie wahrscheinlich einige sehr gute Vermutungen anstellen. Zum Beispiel weiß jeder Gummi ist stark, dehnbar, flexibel (elastisch), haltbar und wasserdicht, so ist es keine Überraschung, es in Dingen wie wasserdichte Kleidung und Gummistiefeln verwendet zu finden, Heftpflaster und Klebstoffe.
Die wichtigste Verwendung von Gummi ist in Fahrzeugreifen; etwa die Hälfte der Gummi alle Welt endet um die Räder von Autos, Fahrrädern gewickelt. und LKW! Sie werden Gummi in den harten, schwarzen vulkanisierten Außenseiten der Reifen finden und (wo sie sie haben) in ihren inneren Rohre und Liner. Die inneren Teile von Reifen sind in der Regel aus einem etwas andere, sehr flexibel Butylkautschuk hergestellt, das für Gas undurchlässig ist hoch (Traps sie sehr effektiv), so Reifen (in der Regel) für längere Zeit aufgeblasen bleiben.
Die Tatsache, dass Gummi kann entweder weich oder hart gemacht werden, erhöht die Reichweite von Dingen, die wir es nutzen können. Weich und dehnbar Latex wird in allen Arten von alltäglichen Dingen, von Bleistift Radiergummis, Geburtstag Luftballons und Kondomen zu Schutzhandschuhen, Klebstoffen (wie klebrige weiße PVA), und Farben verwendet. Härtere Kautschuke sind für anspruchsvolleren Anwendungen wie Dachbahnen, wasserdichte Butyl Auskleidungen in Gartenteichen, und diesen starren Schlauchbooten (Rippen) benötigt von Tauchern verwendet. Da Gummi ist stark, flexibel und ein sehr schlechter Wärmeleiter und Strom, es ist oft als starke, dünne, Ummantelungsmaterial für elektrische Kabel, Glasfaserkabel verwendet. und Heatpipes. Aber die Palette von Anwendungen ist wirklich groß: Sie es in der alles von Kunstherzen finden (in den Gummimembranen, die Blutpumpe) zu den wasserdichten Dichtungen, die die Türen auf Waschmaschinen abdichten!
Neopren (Polychloropren) als wärmedämmende, äußere Hülle wetsuits bekanntesten -aber es weit mehr Anwendungen hat als die meisten Menschen bewusst sind. Medizinische Träger verschiedener Art verwenden es, weil, fest montiert, es komprimiert und erwärmt Bits des Körpers verletzt, eine schnellere Heilung zu fördern. Da es flexibel und wasserdicht ist, ist es auch als Baumaterial zum Beispiel als Dach und Bodenversiegelung und als schwammig Absorber von Schall und Schwingungen in Tür- und Fensterverkleidungen weit verbreitet.
Foto: Die Hälfte aller Gummi wird in Fahrzeugreifen verwendet, und Hunderte von Millionen werden jedes Jahr verschwendet. Ich habe durch den Kauf dieser recycelte Gummi-Maus-Matte, hergestellt aus einem alten Autoreif einen sehr geringen Unterschied zum Problem gemacht. Es ist schwarz gefärbt, weil es aus harten vulkanisierten Kautschuk hergestellt ist.