Hoe Rubber Werkt

{h1}

Rubber is een elastomeer, een groot molecuul dat kan worden uitgerekt en teruggezet in de oorspronkelijke vorm. Ontdek waarom rubber zo rekbaar is en hoe we het maken.

- "Ik ben rubber, en jij bent lijm." Wat je ook zegt, stuitert mij af en blijft bij jou. " Hoewel je je waarschijnlijk dit gezegde herinnert van toen je een slim-alecky kind was, is het een toepasselijke beschrijving voor de stof die we kennen als rubber.

De mensen van Mesoamerica, een oud gebied in Midden-Amerika en Mexico, worden beschouwd als de eersten die deze elastische chemische verbinding hebben gebruikt. Ze gebruikten rubber om ballen te maken voor een spel dat Columbus, en later de Spaanse conquistadores, zag spelen. Voor deze mensen werd rubber "caoutchouc" genoemd. De Engelse chemicus Joseph Priestley was degene die later in 1770 de term 'rubber' bedacht.

-Rubber is een specifiek type polymeer genaamd een elastomeer: een groot molecuul dat uitgerekt kan worden tot minstens tweemaal de oorspronkelijke lengte en teruggebracht naar zijn oorspronkelijke vorm. Vroege vormen van rubber hadden veel gluelike eigenschappen, vooral bij warm weer. Bij koude temperaturen werd rubber hard en broos. Het was pas na een toevallige ontdekking door Charles Goodyear in 1839 dat modern rubber mogelijk werd.

Sinds die tijd is rubber een belangrijk natuurlijk polymeer in de samenleving geworden. Wij maken rubber van rubberbomen (natuurlijke latex) en van olie (synthetische rubber). We gebruiken beide soorten rubber in veel producten. Net als de Meso-Amerikanen (Azteken en Maya's) vóór hen, spelen atleten en kinderen tegenwoordig met rubberen ballen. Natuurlijk is het meest voorkomende gebruik voor rubber in autobanden. Maar potloodgommen, schoenen, handschoenen, tandheelkundige dammen en condooms bevatten ook de alomtegenwoordige substantie. In veel producten wordt rubber toegevoegd als een beschermende coating voor weerbestendigheid of schokbestendigheid.

In dit artikel zullen we kijken naar de chemie van deze elastische stof, waar en hoe deze is geproduceerd en wat de opmerkelijke ontdekking van Charles Goodyear was. We zullen ook kijken naar de verschillende soorten rubber, sommige van je favoriete producten die daaruit zijn gemaakt en de industrie die verantwoordelijk is voor de productie ervan.

Volgende: een reis naar Midden-Amerika.

Tik op Trees for Natural Rubber

Deze Sri Lankaanse man hoopt niet op ahornsiroop. Hij verzamelt latex van een nabijgelegen rubberboom.

Deze Sri Lankaanse man hoopt niet op ahornsiroop. Hij verzamelt latex van een nabijgelegen rubberboom.

-De Meso-Amerikaanse volkeren, zoals de Maya's en de Azteken, trokken eerst rubber van een van de verschillende bomen in Midden- en Zuid-Amerika:

  • Hevea braziliensis: de meest voorkomende commerciële rubberboom uit Brazilië
  • Hevea guyanensis: oorspronkelijk gevonden in Frans Guyana
  • Castilla elastica: soms de Mexicaanse rubberboom of de Panama-rubberboom genoemd

Ontdekkingsreizigers en kolonisten brachten monsters van deze bomen toen ze teruggingen naar Europa. Uiteindelijk werden zaden van deze bomen getransporteerd naar rubberplantages in andere tropische klimaten tijdens het tijdperk van het Europese kolonialisme.

Momenteel is het meeste natuurlijke rubber afkomstig van Latijns-Amerikaanse bomen die zijn overgeplant naar Zuidoost-Azië (Thailand, Indonesië, Maleisië), zoals India, Sri Lanka en Afrika. In deze gebieden kunt u andere rubberproducerende bomen vinden, waaronder:

  • Ficus elastica: gevonden in Java en Maleisië. Deze soort is ook een veel voorkomende tropische kamerplant.
  • Funtumia elastica: groeit in West-Afrika
  • Landolphia owariensis gelegen in het Congobekken

Van al deze bomen is de beste rubberproducerende boom H. braziliensis.

Het duurt ongeveer zes jaar voordat een rubberboom groeit tot een punt waar het economisch is om het sap te oogsten, dat wordt genoemd latex. Zo tikt u één: De verzamelaar maakt een dunne, diagonale snede om een ​​schors van schors te verwijderen. De melkachtig-witte latexvloeistof loopt uit de schors, net als er bloed uit een kleine oppervlakkige wond op je huid zou lopen. De vloeistof loopt langs de snede en wordt verzameld in een emmer. Na ongeveer zes uur stopt de vloeistof met stromen. In die periode van zes uur kan een boom meestal een gallon-emmer vullen. De boom kan opnieuw worden aangeboord met een andere verse snede, meestal de volgende dag.

De Meso-Amerikanen droogden de verzamelde rubberlatex en maakten ballen en andere dingen, zoals schoenen. Ze zouden hun voeten in de latex dopen en laten drogen. Na verschillende dips en drogingen konden ze een schoen van hun voeten afpellen. Vervolgens rookten ze hun nieuwe rubberen schoenen om ze te verharden. De Meso-Amerikanen maakten ook weefsels waterdicht door ze met latex te bedekken en te laten drogen. Dit proces werd gebruikt om rubberartikelen te maken tot rond de 19e eeuw.

Columbus bracht rubberballen mee bij zijn terugkeer van zijn tweede reis naar de Nieuwe Wereld, en in de vroege 1700 werden rubbermonsters en bomen teruggebracht naar Europa. In die tijd was rubber nog steeds een novum. Rubber dat op de Meso-Amerikaanse manier is gemaakt, leek op een potloodwisser. Het was zacht en buigzaam. In 1770 gebruikte scheikundige Joseph Priestley als eerste rubber om loodstrepen te wissen. Hij bedacht het woord 'rubber' omdat hij de loodstrepen kon verwijderen door het materiaal erop te wrijven.

Hoewel het handig was voor het waterdicht maken van stoffen en het maken van zelfgemaakte schoenen, had rubber zijn problemen. Je kunt deze problemen zelf zien met een eenvoudige rubberen potloodwisser. Neem die wisser en plaats hem enkele minuten onder intens vuur. Wat zie je? De wisser moet erg zacht en plakkerig worden. Doe het tegenovergestelde - plaats de gum enkele minuten op ijs of in de vriezer. Wat zie je? De wisser moet hard en broos worden. Hetzelfde gebeurde met vroege rubber. Stel je voor hoe het zou zijn om rond te lopen in je rubberen schoenen op een warme of koude dag toen. De schoenen zouden niet goed dragen.Op dezelfde manier kan je rubberen kleding aan je stoel kleven terwijl je aan het zitten was, vooral op een warme dag.

Blijf lezen om te leren wat rubber zo intrinsiek elastisch maakt.

Rubberchemie

Charles Goodyear, de originele rubberfan

Charles Goodyear, de originele rubberfan

Wat maakt rubber zo elastisch? Net als plastic is rubber een polymeer, wat een reeks herhaalde eenheden is monomeren. In rubber is het monomeer een koolstofverbinding genoemd isopreen die twee dubbele koolstof-koolstof-bindingen heeft. De latexvloeistof die uit rubberbomen sijpelt, heeft veel isopreenmoleculen. Terwijl de latex droogt, komen de isopreenmoleculen samen ineen en een isopreenmolecuul valt een koolstof-koolstof dubbele binding van een naburig molecuul aan. Een van de dubbele bindingen breekt en de elektronen herschikken om een ​​binding te vormen tussen de twee isopreenmoleculen.

Het proces gaat door totdat je een lange keten van vele isopreenmoleculen hebt die als een ketting met elkaar verbonden zijn. Deze lange strengen worden genoemd polyisopreen polymeer. Elk polyisopreenmolecuul bevat duizenden isopreenmonomeren. Terwijl het drogen doorgaat, kleven de polyisopreenstrengen samen door het vormen van elektrostatische bindingen, ongeveer zoals de aantrekking tussen tegengestelde polen van twee staafmagneten. De aantrekkingskracht tussen deze strengen houdt de rubbervezels samen en laat ze uitrekken en herstellen.

Temperatuurveranderingen kunnen echter de elektrostatische interacties tussen de polyisopreenstrengen in latexrubber beïnvloeden. Hete temperaturen verminderen de interacties en maken het rubber meer vloeibaar (kleverig). Kouder temperaturen verhogen de interacties en maken het rubber meer solide (hard, broos).

In het begin van de 19e eeuw wilden verschillende wetenschappers en uitvinders rubber duurzamer maken. Een beroemde uitvinder, Charles Goodyear, redeneerde dat je de plakkerigheid van rubber kon verminderen door het te mengen met verschillende droge poeders. Hij experimenteerde door talk en andere poeders te combineren met rubber. In 1838 ontmoette Goodyear Nathaniel Hayward, die vooruitgang had geboekt bij het behandelen van rubberplaten met een oplossing van zwavel en terpentijn en deze vervolgens in de zon droogde. Hayward's in de zon gedroogde rubber was harder en duurzamer, dus patenteerde hij het proces, dat hij noemde solarization.

Goodyear kocht de octrooirechten voor solarisatie en begon te experimenteren met zwavelverbindingen. Met vallen en opstaan ​​mengde de uitvinder latexrubber met zwavel en loodoxide. De legende vertelt dat een deel van het mengsel op een hete kachel viel en dat het resulterende rubber hard, flexibel en duurzaam was. Goodyear's a-ccidental proces werd uiteindelijk bekend als vulkaniseren. Hij ontdekte ook dat het veranderen van de hoeveelheid zwavel de eigenschappen van het rubber veranderde. Hoe meer zwavel werd gebruikt, hoe harder het rubber werd. Dus wat gebeurt er als rubber wordt gevulcaniseerd?

Wanneer polyisopreenstrengen worden verwarmd met zwavel en loodoxide, vallen de zwavelatomen de dubbele bindingen in de polyisopreenstrengen aan en binden aan de koolstofatomen. Zwavelatomen kunnen ook onderling bindingen vormen (disulfidebindingen) en aangrenzende polyisopreenstrengen vernetten om een ​​netachtige structuur in de rubber te vormen.

-Thi-s cross-linking versterkt het polyisopreen om het harder, flexibeler en duurzamer te maken. Zoals Goodyear ontdekte, hoe meer zwavel er wordt gebruikt, hoe meer cross-links kunnen ontstaan, en hoe moeilijker het rubber wordt. Het vulkanisatieproces van Goodyear omvat het combineren van latexrubber, zwavel en loodoxide in hogedrukstoom tot maximaal 6 uur om de beste resultaten te bereiken.

Rubberprins of pauper?

Charles Goodyear was geobsedeerd door rubber. Hij experimenteerde er zelfs mee terwijl hij zich beperkte tot de gevangenis van de schuldenaar. Nadat hij in 1839 de vulkanisatie had uitgevonden, begon hij vellen gevulkaniseerd rubber te maken die voor kleding konden worden gebruikt. Goodyear heeft zijn producten naar Europa gestuurd in de hoop op verleidelijke investeerders. De Engelse uitvinder en rubberpionier Thomas Hancock werd verleid. Hij ontdekte het vulkanisatieproces van Goodyear en vroeg haastig een Engels patent aan voor Goodyear. Uiteindelijk hebben veel andere bedrijven inbreuk gemaakt op de patenten van Goodyear en bracht hij veel van zijn fortuin uit aan geschillen of aan experimenten met rubber. Hij stierf in 1860 verarmd. Hij zou waarschijnlijk blij zijn te weten dat de Goodyear Tire and Rubber Company ter ere van hem werd genoemd.

One-upping Mother Nature: Synthetic Rubber

Veel regenpakken zijn gemaakt van een synthetisch rubber dat de naam neopreen draagt.

Veel regenpakken zijn gemaakt van een synthetisch rubber dat de naam neopreen draagt.

De rubberindustrie begon echt te groeien met de uitvinding van de auto. Al die banden creëerden en creëren nog steeds een enorme markt voor gevulkaniseerd rubber. In het begin van de 20e eeuw waren de meeste banden gemaakt van gevulkaniseerd lat-ex rubber, dat was afgeleid van bomen. De Verenigde Staten waren een toonaangevende producent van auto's en een grote consument van wereldrubber, die werd bestuurd door Britse plantages in heel Azië.-

Het was slechts een kwestie van tijd voordat wetenschappers vroegen of rubber kunstmatig kon worden gemaakt. Al in 1860 hadden ze de chemie van rubber en zijn vulkanisatieproces uitgewerkt. Chemici hadden verhit rubber om het uiteen te breken en ontdekten dat het isopreen, olie en teer produceerde. Ze konden isopreen van olie maken en vervolgens isopreen kunstmatig combineren om rubber te maken. Het leek erop dat de dingen van potloodgummen en autobanden gemaakt konden worden van petroleumproducten.

Je hebt waarschijnlijk wel een paar van deze synthetische rubbers gehoord. Bijvoorbeeld, neopreen is een zacht, schuimend, isolerend rubber dat vaak in natte pakken wordt gebruikt. Duikers en surfers hebben DuPont-chemicus Wallace Carothers, die in 1930 een polymeer van chloropreen in polychloropreen veranderde om hen te bedanken voor het warm houden tijdens hun oceaanavonturen. Overigens heeft Carothers later een ander populair polymeer uitgevonden dat nylon wordt genoemd.

- Hier is een synthetisch rubber waar je waarschijnlijk wel van hebt gehoord: silicone. In 1945 ontwikkelden scheikundigen van Dow Corning een synthetisch rubber dat gebaseerd was op polymeren op basis van siliconen in plaats van op koolstof gebaseerde polymeren. Ze creëerden een licht, flexibel en chemisch inert materiaal dat vaak wordt gebruikt in de industrie voor medische hulpmiddelen en dat zelfs in het lichaam kan zitten in de vorm van borstimplantaten.

Latex is het laatste synthetische rubber waar we het over zullen hebben. U herinnert zich waarschijnlijk nog dat latex verwijst naar het rubberboomsap. Het is ook de naam van een dunner, sterker synthetisch rubber dat de natuurlijke melkachtige kleur van dat sap behoudt, althans aanvankelijk. In 1921 ontdekte scheikundige Peter Schidrowitz dat je latex kon vulkaniseren door polysulfiden toe te voegen en het te verwarmen bij lagere temperaturen dan traditionele vulkanisatie gedurende een lange tijd. Bovendien, omdat dit type vulkanisatie optrad bij lagere temperaturen, kon je kleurstoffen aan de latex toevoegen om kleuren te produceren. Dit is het type latex dat je aantreft in latexhandschoenen, tandmoeders en condooms.

Leer nu hoe veel geld er in latex handschoenen en dergelijke te verdienen is.

Latex allergieën

Sinds de komst van HIV en andere door bloed overgedragen ziekteverwekkers is het gebruik van latexhandschoenen door werknemers in de gezondheidszorg toegenomen. Ongeveer 17 procent van de Amerikaanse gezondheidszorgwerkers heeft echter last van latexallergieën [bron: Lehrman]. Mensen kunnen gevoelig zijn voor de latex zelf, maïszetmeel of andere chemicaliën die aan het latexrubber worden toegevoegd. Alternatieven voor latexhandschoenen zijn vinylhandschoenen (een soort plastic).

Verwerking en winst uit rubber

De echte geldmakers in de rubberindustrie

De echte geldmakers in de rubberindustrie

Hoeveel rubber stuitert er rond? Volgens de International Rubber Study Group werd in 2007 9,7 miljoen ton natuurlijk rubber geproduceerd, waarvan het grootste deel uit Azië kwam. Met ongeveer $ 2,321 per ton kostte de natuurlijke rubbermarkt in 2007 ongeveer $ 22,5 miljard [bron: International Rubber Study Group]. Maar voordat dat natuurlijke rubber wordt omgezet in dingen als slangen, elastiekjes en kleine gele eenden, moet het worden verwerkt.

Het verwerken van natuurrubber bestaat uit de volgende stappen:

  1. Bedrijven beginnen met het verkrijgen van de latexvloeistof, wat betekent dat het sap uit de rubberbomen wordt getikt, de latex wordt gefilterd en vervolgens in vaten wordt verpakt voor export of verwerking.
  2. Ze maken gerookte vellen latexrubber. Ze klonteren de latex samen door zuur toe te voegen, rollen de samengeklonterde vloeistof in vellen in een molen om water te verwijderen en drogen, roken en exporteren de vellen.
  3. De latex wordt chemisch behandeld en verwarmd bij lage temperaturen om deze voor te koelen. Voorgevulcaniseerde latex is gemakkelijker te vervoeren en kan later worden omgezet in normaal rubber door voorzichtig te verwarmen.

-T-hij profit en procesbeeld is een beetje anders voor synthetisch rubber. In 2007 werd ongeveer 13,6 miljoen ton synthetisch rubber geproduceerd, voornamelijk in de Verenigde Staten, Europa en Azië [bron: International Rubber Study Group]. Geprijsd op ongeveer $ 2.012 per ton, was er $ 26.2 miljard te verdienen op de markt voor synthetisch rubber in 2007.

Synthetische rubberpolymeren zijn gemaakt van op aardolie gebaseerde chemicaliën, samengeklonterd en gedroogd voor transport. Eenmaal in een fabriek worden de synthetische rubberpolymeren gemengd, kunnen ingrediënten worden toegevoegd en wordt het rubber tot vellen gerold. De vellen kunnen in stroken worden gesneden voor daaropvolgend vormen en verwerken. Er zijn drie basistechnieken voor de verwerking:

  1. -Extrusie: Rubberpolymeren worden verwarmd en mechanisch gemengd in een lange kamer, geforceerd door een kleine opening en gevulkaniseerd of uitgehard. Deze methode wordt gebruikt om grote strengen te maken voor compressievormen.
  2. Spuitgieten: De rubberen strips worden verwarmd en mechanisch gemengd in een kamer, onder hoge druk geforceerd in een mal. Het rubber wordt met stoom gevulcaniseerd in de mal en vervolgens afgekoeld. Eenmaal afgekoeld wordt het rubberproduct uit de vorm vrijgegeven.
  3. Persvormen: De rubberen strips worden onder druk rond een mal gecomprimeerd en gevulkaniseerd om zich aan de mal te vormen. Het gekoelde product wordt vervolgens uit de mal verwijderd.

Rubber is misschien niet het eerste waar u aan denkt als u denkt te verminderen, opnieuw te gebruiken of te recyclen, maar sommige producten kunnen worden gerecycled. Zo kunnen banden worden versnipperd en verwarmd in een anaerobe omgeving (pyrolyse) om het rubber af te breken en de olie terug te winnen als bijproducten van de olie, zoals benzeen. Bij andere recyclingmethoden kan versnipperd rubber in verschillende producten worden gepersvormd.

Laat de rubberen kamer nog niet liggen. We hebben meer links dan wanneer je een elastiekje kunt schieten.

-


Video Supplement: Feynman: Rubber Bands FUN TO IMAGINE 3.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com