Βουλκανισμός Καουτσούκ

Βουλκανισμός ή βουλκανισμό (Βρετανική) είναι μια διαδικασία σκλήρυνσης του καουτσούκ με χρήση χημικών ουσιών και (συνήθως) θερμότητας. Αρχικά, ο βουλκανισμός περιέγραφε την επεξεργασία του φυσικού καουτσούκ λατέξ με θερμότητα και θείο. Αν και αυτός παραμένει ο πιο συνηθισμένος τύπος βουλκανισμού, η διαδικασία ισχύει επίσης για το συνθετικό καουτσούκ και μπορεί να περιλαμβάνει άλλες χημικές ουσίες.

Ιστορικό

Πολλά φυτά παράγουν λατέξ, συμπεριλαμβανομένου του καουτσούκ (Hevea brasiliensis ), μπανάνες, γαλακτόχορτα και πικραλίδες. Το λατέξ περιέχει το πολυμερές πολυισοπρένιο, το οποίο είναι ελαστικό και αδιάβροχο. Αρχαιολογικές μελέτες δείχνουν ότι οι Μεσοαμερικανοί χρησιμοποιούσαν καουτσούκ για μπάλες και αδιαβροχοποιούσαν υφάσματα και δοχεία.

Ο Charles Marie de La Condamine παρουσίασε δείγματα αμερικανικού καουτσούκ στην Académie Royale des Sciences της Γαλλίας το 1736. Το 1770, ο Joseph Priestley παρατήρησε ότι το υλικό τρίβονταν με μολύβι στο χαρτί, οδηγώντας στον όρο «καουτσούκ». Το καουτσούκ βρήκε πολλές χρήσεις, αλλά υπέφερε από τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας του χρόνου. Το κρύο έκανε το καουτσούκ να σκληρύνει και να σπάσει. Η ζέστη το έκανε κολλώδες.

Το 1839, ο Charles Goodyear ανακάλυψε τον συνδυασμό καουτσούκ με θείο και η θέρμανση του μείγματος σκληρύνει το υλικό. Η Goodyear κατοχύρωσε την ανακάλυψη στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1844, ενώ ο Thomas Hancock κατοχύρωσε τη διαδικασία στη Βρετανία το 1843. Ο φίλος του Hancock, William Brockendon, επινόησε τον όρο «βουλκανισμός» σε σχέση με τον Vulcan, τον Ρωμαίο θεό της φωτιάς και της σφυρηλάτησης. Η αμερικανική ορθογραφία της λέξης έγινε "βουλκανισμός".

Πώς λειτουργεί ο βουλκανισμός

Ο βουλκανισμός σκληραίνει ή ωριμάζει το καουτσούκ με τη διασταύρωση των πολυμερών κλώνων του. Στη διαδικασία Goodyear, η θερμότητα παρέχει την ενέργεια για τη σύνδεση των ατόμων άνθρακα στα μόρια πολυισοπρενίου με γέφυρες θείου. Ο αριθμός των ατόμων θείου που σχηματίζουν την αλυσίδα μεταξύ των μορίων επηρεάζει τις τελικές ιδιότητες του βουλκανισμένου καουτσούκ. Για παράδειγμα, οι κοντές ελαστικές διασταυρώσεις αποδίδουν καουτσούκ με υψηλή αντοχή στη θερμότητα. Οι μακριές αλυσίδες σταυροδεσμών είναι πιο εύκαμπτες, αλλά έχουν χαμηλότερη αντίσταση στη θερμότητα.

Στην αρχική διαδικασία, ο παράγοντας βουλκανισμού είναι θείο. Άλλες ενώσεις δρουν ως παράγοντες βουλκανισμού για τα συνθετικά ελαστικά σιλικόνη και χλωροπρένιο (νεοπρένιο).

Οι πέντε πιο συνηθισμένοι τύποι παραγόντων βουλκανισμού είναι:

• Θείο ή θειούχες ενώσεις
• Μεταλλικό οξείδιο (MgO, ZnO, μερικές φορές Pb₃ O₄ )
• Υπεροξείδια
• Ακετοξυσιλάνιο
• Ουρεθάνη

Ο βουλκανισμός του φυσικού καουτσούκ απαιτεί θερμότητα, αλλά δεν είναι ουσιαστικός παράγοντας σε όλες τις διαδικασίες. Για παράδειγμα, ο βουλκανισμός σιλικόνης λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία δωματίου. Ορισμένες διαδικασίες χρησιμοποιούν ακτινοβολία αντί για θερμότητα.

Ο σύγχρονος βουλκανισμός περιλαμβάνει συχνά μια χημική ουσία που ονομάζεται επιταχυντής. Για παράδειγμα, η αιθυλενοθειουρία (ETU) είναι ένας επιταχυντής που χρησιμοποιείται στη σκλήρυνση του καουτσούκ πολυχλωροπρενίου. Το μαύρο άνθρακα είναι ένας επιταχυντής για το φυσικό καουτσούκ, καθώς και η προσθήκη βελτιώνει τις ιδιότητες του τελικού προϊόντος.

Επιπτώσεις βουλκανισμού

Ο βουλκανισμός αλλάζει τη χημική σύσταση του καουτσούκ, επομένως φυσικά μεταβάλλει τις χημικές, φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του υλικού. Εδώ είναι μερικά από τα αποτελέσματα:

• Συρρίκνωση:Ο βουλκανισμός συρρικνώνει το καουτσούκ, καθώς η διασύνδεση φέρνει πιο κοντά τις αλυσίδες του πολυμερούς.
• Μη αναστρέψιμη:Οι επιπτώσεις του βουλκανισμού είναι μόνιμες και δεν μπορούν να αναιρεθούν με τη χρήση θερμότητας ή χημικών διεργασιών.
• Διατηρεί το σχήμα:Ενώ ο βουλκανισμός συρρικνώνει το καουτσούκ, δεν αλλάζει το σχήμα ενός αντικειμένου.
• Αυξημένο ιξώδες
• Αυξημένη σκληρότητα
• Μειωμένη παραμόρφωση

Χρήσεις βουλκανισμένου καουτσούκ

Σήμερα, το μεγαλύτερο μέρος του καουτσούκ είναι βουλκανισμένο. Το βουλκανισμένο καουτσούκ βρίσκει χρήση σε ελαστικά οχημάτων, σόλες παπουτσιών, γόμες, παιχνίδια, σόλες παπουτσιών, βρεγμένα κοστούμια, σωλήνες και ζώνες.

Αναφορές

• Akiba, Μ. (1997). «Βουλκανισμός και διασύνδεση σε ελαστομερή». Πρόοδος στην Επιστήμη των Πολυμερών . 22 (3):475–521. doi:10.1016/S0079-6700(96)00015-9
• Ένγκελς, Χανς-Βίλχελμ; et al. (2011) “Rubber, 9. Chemicals and Additives”. Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a23_365.pub3
• Hosler, D.; Burkett, S.L.; Tarkanian, M.J. (1999). «Προϊστορικά πολυμερή:Επεξεργασία καουτσούκ στην αρχαία Μεσοαμερική». Επιστήμη . 284 (5422):1988–1991. doi:10.1126/science.284.5422.1988
• Mark, James E.; Erman, Burak (επιμ.) (2005). Επιστήμη και Τεχνολογία του Tubber. ISBN 0-12-464786-3.