Pin
Send
Share
Send


Rubber is een elastisch, koolwaterstofpolymeer dat voorkomt als een melkachtige, colloïdale suspensie (bekend als latex) in het sap van verschillende soorten planten. Rubber kan ook synthetisch worden geproduceerd.

Helaas heeft de geschiedenis van rubber ook een donkere kant. Ongeveer honderd jaar geleden stierven miljoenen Afrikanen in de Vrijstaat Congo als gevolg van lust voor rubber en rubberwinsten.

Bronnen

De belangrijkste commerciële bron van natuurlijke latex die wordt gebruikt om rubber te maken, is de Para-rubberboom, Hevea brasiliensis (Euphorbiaceae). Dit komt grotendeels omdat het reageert op verwonding door meer latex te produceren. In 1876 verzamelde Henry Wickham duizenden zaden van deze plant uit Brazilië, en ze werden ontkiemd in Kew Gardens, Engeland. De zaailingen werden vervolgens verzonden naar Colombo, Indonesië, Singapore en Brits Malaya. Malaya werd later de grootste rubberproducent.

Andere planten die latex bevatten, omvatten vijgen (Ficus elastica), euforieën en de gewone paardenbloem. Hoewel dit geen belangrijke bronnen van rubber waren, probeerde Duitsland dergelijke bronnen te gebruiken tijdens de Tweede Wereldoorlog toen het werd afgesneden van rubbervoorraden. Deze pogingen werden later verdrongen door de ontwikkeling van synthetisch rubber. De dichtheid is ongeveer 920 kilogram / meter3.

Verzameling van rubber

Een vrouw in Sri Lanka (Ceylon) tijdens het oogsten van rubber

Op plaatsen zoals Kerala, waar kokosnoten in overvloed groeien, wordt de helft van een kokosnootschaal gebruikt als een container om de latex te verzamelen. De schelpen zijn aan de boom bevestigd door een korte, scherpe stok en de latex druppelt er 's nachts in. Dit produceert meestal latex tot een niveau van half tot driekwart van de schaal. De latex van meerdere bomen wordt vervolgens in platte pannen gegoten en dit wordt gemengd met mierenzuur, dat als stollingsmiddel dient. Na een paar uur worden de zeer natte rubberplaten uitgewrongen door ze door een pers te drukken en vervolgens naar fabrieken gestuurd waar vulkanisatie en verdere verwerking wordt uitgevoerd.

Huidige bronnen van rubber

Tegenwoordig is Azië de belangrijkste bron van natuurlijk rubber. Meer dan de helft van het rubber dat tegenwoordig wordt gebruikt, is synthetisch, maar er wordt nog steeds jaarlijks een miljoen ton natuurlijk rubber geproduceerd, en is nog steeds essentieel voor sommige industrieën, waaronder de automobielindustrie en het leger.

Hypoallergeen rubber kan worden gemaakt van guayule.

Natuurlijk rubber wordt vaak gevulkaniseerd, een proces waarbij het rubber wordt verwarmd en zwavel, peroxide of bisfenol worden toegevoegd om de veerkracht en elasticiteit te verbeteren en te voorkomen dat het verslechtert. Vulcanisatie verbeterde de duurzaamheid en bruikbaarheid van rubber vanaf de jaren 1830 aanzienlijk. De succesvolle ontwikkeling van vulkanisatie is het nauwst verbonden met Charles Goodyear. Carbon black wordt vaak gebruikt als additief voor rubber om de sterkte ervan te verbeteren, vooral in voertuigbanden.

Geschiedenis

In de inheemse regio's van Midden-Amerika en Zuid-Amerika wordt al lange tijd rubber verzameld. De Meso-Amerikaanse beschavingen gebruikten rubber meestal van de plantensoort bekend als Castilla elastica. De oude Meso-Amerikanen hadden een balspel met behulp van rubberen ballen, en een paar Pre-Columbiaanse rubberen ballen zijn gevonden (altijd op locaties die onder zoet water stonden), de vroegste datering tot ongeveer 1600 voor Christus. Volgens Bernal Díaz del Castillo waren de Spaanse conquistadores zo verbaasd over het krachtige stuiteren van de rubberen ballen van de Azteken dat ze zich afvroegen of de ballen betoverd waren door boze geesten. De Maya's maakten ook een soort tijdelijke rubberen schoen door hun voeten in een latexmengsel te dopen.

Rubber werd ook in verschillende andere contexten gebruikt, zoals voor strips voor het vasthouden van stenen en metalen gereedschappen aan houten handgrepen, en opvulling voor de gereedschapshandgrepen. Hoewel de oude Meso-Amerikanen niets van vulkanisatie wisten, ontwikkelden ze organische methoden voor het verwerken van het rubber met vergelijkbare resultaten, het mengen van de ruwe latex met verschillende sappen en sappen van andere wijnstokken, in het bijzonder Ipomoea alba, een soort morning glory. In Brazilië begrepen de inwoners het gebruik van rubber om waterbestendig doek te maken. Eén verhaal zegt dat de eerste Europeaan uit Brazilië met monsters van dergelijke waterafstotende, met rubber beklede stof terugkwam, mensen zo schokte dat hij voor de rechter werd gebracht op beschuldiging van hekserij.

De eerste verwijzing naar rubber in Engeland lijkt te zijn in 1770, toen Joseph Priestley opmerkte dat een stuk materiaal extreem goed was voor het uitwrijven van potloodstrepen op papier, vandaar de naam 'rubber'. Rond dezelfde tijd begon Edward Nairne kubussen van natuurlijk rubber te verkopen vanuit zijn winkel op 20 Cornhill in Londen. De kubussen, bedoeld als gummen, werden verkocht voor de verbluffend hoge prijs van drie shilling per kubus van een halve inch.

De para-rubberboom groeide aanvankelijk in Zuid-Amerika, waar het de belangrijkste bron was van de beperkte hoeveelheid latexrubber die gedurende een groot deel van de negentiende eeuw werd geconsumeerd. Ongeveer honderd jaar geleden was de Congo Free State in Afrika een belangrijke bron van natuurrubberlatex, meestal verzameld door dwangarbeid. De Congo Free State werd gesmeed en geregeerd als een persoonlijke kolonie door de Belgische koning Leopold II. Miljoenen Afrikanen stierven daar, als gevolg van lust voor rubber en rubberwinsten. Na herhaalde inspanningen werd rubber met succes verbouwd in Zuidoost-Azië, waar het nu op grote schaal wordt verbouwd.

In het midden van de negentiende eeuw was rubber een nieuw materiaal, maar het werd niet veel toegepast in de industriële wereld. Het werd eerst gebruikt als gummen en vervolgens als medische hulpmiddelen voor het aansluiten van buizen en voor het inhaleren van medicinale gassen. Met de ontdekking dat rubber oplosbaar was in ether, vond het toepassingen in waterdichte coatings, met name voor schoenen en kort daarna werd de met rubber beklede Mackintosh-jas erg populair.

Desondanks waren de meeste van deze toepassingen in kleine volumes en duurde het materiaal niet lang. De reden voor dit gebrek aan serieuze toepassingen was het feit dat het materiaal niet duurzaam was, plakkerig was en vaak rotte en slecht rook omdat het in zijn niet-uitgeharde staat bleef.

Chemische en fysische eigenschappen

Rubber vertoont unieke fysische en chemische eigenschappen.

Afgezien van enkele natuurlijke productonzuiverheden is natuurlijk rubber in wezen een polymeer van isopreeneenheden, een koolwaterstof-dieenmonomeer. Synthetisch rubber kan worden gemaakt als een polymeer van isopreen of verschillende andere monomeren. Aangenomen wordt dat rubber door Joseph Priestley is genoemd, die in 1770 ontdekte dat gedroogde latex potloodstrepen uitwreef. De materiaaleigenschappen van natuurlijk rubber maken het een elastomeer en een thermoplast.

Het stress-rekgedrag van Rubber vertoont het Mullins-effect, het Payne-effect en wordt vaak gemodelleerd als hyperelastisch.

Waarom is rubber elastisch?

In de meeste elastische materialen, zoals metalen die in veren worden gebruikt, wordt het elastische gedrag veroorzaakt door vervormingen van de binding. Wanneer spanning wordt uitgeoefend, wijken bindingslengten af ​​van het (minimale energie) evenwicht en wordt rekkenergie elektrostatisch opgeslagen. Van rubber wordt vaak aangenomen dat het zich op dezelfde manier gedraagt, maar dit is een slechte beschrijving. Rubber is een merkwaardig materiaal omdat, in tegenstelling tot metalen, rekkenergie thermisch en elektrostatisch wordt opgeslagen.

In ontspannen toestand bestaat rubber uit lange, opgerolde polymeerketens die op enkele punten met elkaar zijn verbonden. Tussen een paar schakels kan elk monomeer vrij rond zijn buur roteren. Dit geeft elke sectie van de ketting speelruimte om een ​​groot aantal geometrieën aan te nemen, zoals een zeer los touw bevestigd aan een paar vaste punten. Bij kamertemperatuur slaat rubber voldoende kinetische energie op, zodat elk deel van de ketting chaotisch oscilleert, alsof het bovengenoemde stuk touw heftig wordt geschud.

Bij het oprekken van rubber zijn de "losse stukken touw" strak en kunnen dus niet meer oscilleren. Hun kinetische energie wordt afgegeven als overtollige warmte. Daarom neemt de entropie af wanneer deze van de ontspannen naar de uitgerekte toestand gaat, en neemt deze toe tijdens ontspanning. Deze verandering in entropie kan ook worden verklaard door het feit dat een strak gedeelte van de ketting op minder manieren (W) kan vouwen dan een los gedeelte van de ketting, bij een gegeven temperatuur (nb. Entropie wordt gedefinieerd als S = k * ln (W )). Ontspanning van een uitgerekte rubberen band wordt dus aangedreven door een toename van entropie, en de ervaren kracht is niet elektrostatisch, maar is een gevolg van de thermische energie van het materiaal dat wordt omgezet in kinetische energie. Rubberontspanning is endotherm. Het materiaal ondergaat adiabatische koeling tijdens contractie. Deze eigenschap van rubber kan eenvoudig worden geverifieerd door een uitgerekte rubberen band om je lippen te houden en deze te ontspannen.

Het uitrekken van een rubberen band is in sommige opzichten equivalent aan de compressie van een ideaal gas en ontspanning in equivalent aan de expansie ervan. Merk op dat een samengeperst gas ook "elastische" eigenschappen vertoont, bijvoorbeeld in een opgeblazen autoband. Het feit dat stretchen equivalent is aan compressie, lijkt misschien enigszins intuïtief, maar het is logisch als rubber als een wordt beschouwd eendimensionaal gas. Rekken vermindert de "ruimte" die beschikbaar is voor elk deel van de ketting.

Vulcanisatie van rubber zorgt voor meer disulfidebindingen tussen kettingen, waardoor elk vrij gedeelte van de ketting korter wordt. Het resultaat is dat de kettingen sneller spannen voor een bepaalde lengte van spanning. Dit verhoogt de elastische kracht constant en maakt rubber harder en minder uitrekbaar.

Bij koeling onder de glasovergangstemperatuur "bevriezen" de quasi-vloeibare kettingsegmenten in vaste geometrieën en verliest het rubber abrupt zijn elastische eigenschappen, hoewel het proces omkeerbaar is. Dit is een eigenschap die het deelt met de meeste elastomeren. Bij zeer koude temperaturen is rubber eigenlijk nogal bros; het zal in scherven breken wanneer het wordt geraakt. Deze kritieke temperatuur is de reden dat winterbanden een zachtere versie van rubber gebruiken dan normale banden. De falende rubberen afdichtingen die hebben bijgedragen aan de oorzaak van de space shuttle Uitdager men dacht dat de ramp onder hun kritieke temperatuur was afgekoeld. De ramp gebeurde op een ongewoon koude dag.

Synthetisch rubber

Synthetisch rubber wordt gemaakt door de polymerisatie van verschillende monomeren om polymeren te produceren. Deze maken deel uit van een brede studie die wordt bestreken door polymeerwetenschap en rubbertechnologie. De wetenschappelijke naam is polyisopreen.

Synthetisch rubber is elk type kunstmatig vervaardigd polymeer materiaal dat werkt als een elastomeer. Een elastomeer is een materiaal met de mechanische (of materiaal) eigenschap dat het veel meer elastische vervorming onder spanning kan ondergaan dan de meeste materialen en nog steeds terugkeert naar zijn vorige maat zonder permanente vervorming. Synthetisch rubber dient in veel gevallen als vervanging voor natuurlijk rubber, vooral wanneer verbeterde materiaaleigenschappen nodig zijn.

Natuurlijk rubber afkomstig van latex is meestal gepolymeriseerd isopreen met een klein percentage onzuiverheden erin. Dit beperkt het beschikbare bereik van eigenschappen. Ook zijn er beperkingen aan de verhoudingen van cis en trans dubbele bindingen resulterend uit methoden voor het polymeriseren van natuurlijke latex. Dit beperkt ook het bereik van beschikbare eigenschappen voor natuurlijk rubber, hoewel toevoeging van zwavel en vulkanisatie worden gebruikt om de eigenschappen te verbeteren.

Synthetisch rubber kan echter worden gemaakt door de polymerisatie van een verscheidenheid aan monomeren, waaronder isopreen (2-methyl-1,3-butadieen), 1,3-butadieen, chloropreen (2-chloor-1,3-butadieen) en isobutyleen (methylpropeen) met een klein percentage isopreen voor verknoping. Verder kunnen deze en andere monomeren in verschillende gewenste verhoudingen worden gemengd om te worden gecopolymeriseerd voor een breed scala van fysische, mechanische en chemische eigenschappen. De monomeren kunnen zuiver worden geproduceerd en toevoeging van onzuiverheden of additieven kan worden geregeld door ontwerp om optimale eigenschappen te geven. Polymerisatie van zuivere monomeren kan beter worden geregeld om een ​​gewenste hoeveelheid te geven cis en trans dubbele bindingen.

Een dringende behoefte aan synthetisch rubber dat is afgeleid van wijdverspreide grondstoffen groeide uit het uitgebreide gebruik van motorvoertuigen, en met name motorvoertuigbanden, vanaf de jaren 1890. Politieke problemen die het gevolg waren van grote schommelingen in de kosten van natuurlijk rubber, leidden tot de inwerkingtreding van de Stevenson Act in 1921. Deze wet creëerde in wezen een kartel dat de rubberprijzen ondersteunde door de productie te reguleren (zie OPEC). Tegen 1925 was de prijs van natuurlijk rubber zo gestegen dat bedrijven zoals DuPont methoden zochten om synthetisch rubber te produceren om te concurreren met natuurlijk rubber. In het geval van Dupont leidde de inspanning tot de ontdekking van Neopreen, een synthetisch rubber dat te duur is om in banden te worden gebruikt, maar enkele zeer wenselijke eigenschappen heeft die het mogelijk maken om rubber te gebruiken in toepassingen die ongeschikt zijn voor natuurlijk rubber .

Vulcaniseren

Vulkanisatie, of uitharden van rubber, is een chemisch proces waarbij afzonderlijke polymeermoleculen door atomaire bruggen met andere polymeermoleculen worden verbonden. Het eindresultaat is dat de verende rubbermoleculen in meer of mindere mate verknoopt raken. Dit maakt het bulkmateriaal harder, veel duurzamer en ook beter bestand tegen chemische aantasting. Het maakt het oppervlak van het materiaal ook gladder en voorkomt dat het aan metalen of plastic chemische katalysatoren kleeft. Dit sterk verknoopte polymeer heeft sterke covalente bindingen, met sterke krachten tussen de ketens en is daarom een ​​onoplosbaar en niet-smeltbaar, thermohardend polymeer of thermohardend. Het proces is vernoemd naar Vulcan, de Romeinse god van het vuur.

Reden voor vulkaniseren

Niet-uitgehard natuurlijk rubber zal binnen enkele dagen verslechteren en geleidelijk afbreken in een natte kruimelige puinhoop. Het proces van vergaan bestaat deels uit het afbreken van eiwitten (net zoals melkproteïnen doen) en ook uit de grote rubberen moleculen die uiteenvallen wanneer ze in de lucht oxideren doordat zuurstofmoleculen de dubbele bindingen aantasten.

Rubber dat onvoldoende is gevulkaniseerd, kan ook vergaan, maar langzamer. Het proces van vergaan wordt aangemoedigd door langdurige blootstelling aan zonlicht, en vooral aan ultraviolette straling.

Beschrijving

Vulcanisatie wordt algemeen beschouwd als een onomkeerbaar proces (zie hieronder), vergelijkbaar met andere thermohardende stoffen en moet sterk worden afgezet tegen thermoplastische processen (het smelt-vriesproces) die het gedrag van de meeste moderne polymeren kenmerken. Deze onomkeerbare hardingsreactie definieert uitgeharde rubberverbindingen als thermohardende materialen, die niet smelten bij verhitting, en plaatst ze buiten de klasse van thermoplastische materialen (zoals polyethyleen en polypropyleen). Dit is een fundamenteel verschil tussen rubbers en thermoplasten en bepaalt de voorwaarden voor hun toepassingen in de echte wereld, hun kosten en de economie van hun vraag en aanbod.

Gewoonlijk gebeurt de feitelijke chemische verknoping met zwavel, maar er zijn andere technologieën, waaronder systemen op basis van peroxide. Het gecombineerde uithardingspakket in een typische rubber verbinding omvat het hardingsmiddel zelf (zwavel of peroxide), samen met versnellers en vertragers.

Langs het rubbermolecuul zijn er een aantal plaatsen die aantrekkelijk zijn voor zwavelatomen. Dit worden kuurplaatsen genoemd. Tijdens vulkanisatie valt de achtledige ring van zwavel in kleinere delen met variërend aantal zwavelatomen uiteen. Deze delen zijn behoorlijk reactief. Op elke uithardingslocatie op het rubbermolecuul kunnen een of meer zwavelatomen hechten en van daaruit kan een zwavelketen groeien totdat deze uiteindelijk een uithardingslocatie op een ander rubbermolecuul bereikt. Deze zwavelbruggen zijn typisch tussen twee en tien atomen lang. Vergelijk dit met typische polymeermoleculen waarin de koolstofhoofdketen vele duizenden atomaire eenheden lang is. Het aantal zwavelatomen in een zwavelvernet heeft een sterke invloed op de fysische eigenschappen van het uiteindelijke rubberartikel. Korte zwavelverknopingen, met slechts één of twee zwavelatomen in de verknoping, geven het rubber een zeer goede hittebestendigheid. Crosslinks met een hoger aantal zwavelatomen, tot zes of zeven, geven het rubber zeer goede dynamische eigenschappen maar met een lagere hittebestendigheid. Dynamische eigenschappen zijn belangrijk voor buigbewegingen van het rubberen artikel, bijvoorbeeld de beweging van een zijwand van een lopende band. Zonder goede buigeigenschappen zullen deze bewegingen snel leiden tot de vorming van scheuren en uiteindelijk tot het falen van het rubberen voorwerp. Het is zeer flexibel en waterbestendig.

Goodyear's bijdrage

In de meeste studieboeken staat dat Charles Goodyear (1800-1860) als eerste zwavel gebruikte om te vulkaniseren rubber. Vandaag weten we echter dat oude Meso-Amerikanen in 1600 voor Christus dezelfde resultaten behaalden. 1.

Afhankelijk van wat je leest, is het Goodyear-verhaal er een van puur geluk of zorgvuldig onderzoek. Goodyear houdt vol dat het de laatste was, hoewel veel gelijktijdige verhalen op de eerste wijzen.

Goodyear beweerde dat hij in 1839 op zwavel gebaseerde vulkanisatie ontdekte, maar patenteerde de uitvinding pas op 15 juni 1844 en schreef het verhaal van de ontdekking pas in 1853 in zijn autobiografische boek Gum-Elastica. Ondertussen patenteerde Thomas Hancock (1786-1865), een wetenschapper en ingenieur, het proces in het VK op 21 november 1843, acht weken voordat Goodyear zijn eigen Britse patent aanvroeg.

The Goodyear Tyre and Rubber Company heeft de naam Goodyear aangenomen vanwege zijn activiteiten in de rubberindustrie, maar het heeft geen andere banden met Charles Goodyear en zijn familie.

Hier is Goodyear's verslag van de uitvinding, overgenomen van Gum-Elastica. Hoewel het boek een autobiografie is, heeft Goodyear ervoor gekozen het in de derde persoon te schrijven, zodat "de uitvinder" en "hij" waarnaar in de tekst wordt verwezen, in feite de auteur zijn. Hij beschrijft de scène in a rubber fabriek waar zijn broer werkte:

... De uitvinder heeft enkele experimenten uitgevoerd om het effect van warmte op dezelfde verbinding te bepalen die in de postzakken en andere artikelen was ontleed. Hij was verrast om te ontdekken dat het exemplaar achteloos in contact werd gebracht met een hete kachel, verkoold als leer.

Goodyear beschrijft verder hoe hij de aandacht probeerde te trekken van zijn broer en andere werknemers in de fabriek die bekend waren met het gedrag van opgelost rubber, maar zij verwierpen zijn beroep als onwaardig hun aandacht, in de overtuiging dat het een van de vele was doet hij een beroep op hen vanwege een vreemd experiment. Goodyear beweert dat hij hen probeerde te vertellen dat opgelost rubber meestal smolt bij oververhitting, maar ze negeerden hem nog steeds.

Hij concludeerde direct dat als het proces van verkoling op het juiste punt kon worden gestopt, het de gom van zijn oorspronkelijke hechting overal zou kunnen afstoten, wat het beter zou maken dan de oorspronkelijke gom. Bij verdere beproeving met hitte, was hij verder overtuigd van de juistheid van deze gevolgtrekking, door te ontdekken dat het rubber van India niet kon smelten in kokende zwavel bij elke hitte ooit zo groot, maar altijd verkoold. Hij deed opnieuw een proef om een ​​soortgelijke stof te verwarmen voor een open vuur. Hetzelfde effect, dat van het verkolen van het tandvlees, volgde; maar er waren verdere en zeer bevredigende aanwijzingen van succes bij het produceren van het gewenste resultaat, omdat aan de rand van het verkoolde gedeelte een lijn of rand verscheen die niet was verkoold, maar perfect was genezen.

Goodyear beschrijft vervolgens hoe hij naar Woburn, Massachusetts verhuisde en een reeks systematische experimenten uitvoerde om de juiste omstandigheden te vinden voor het genezen van rubber.

... Bij het vaststellen van een zekerheid dat hij het object van zijn zoektocht had gevonden en nog veel meer, en dat de nieuwe stof bestand was tegen kou en het oplosmiddel van de inheemse kauwgom, voelde hij zich ruimschoots terugbetaald voor het verleden, en vrij onverschillig voor de proeven van de toekomst.

Goodyear heeft nooit geld verdiend met zijn uitvinding. Hij verpande al zijn bezittingen in een poging om geld in te zamelen, maar op 1 juli 1860 stierf hij met schulden van meer dan $ 200.000.

Latere ontwikkelingen

Wat de ware geschiedenis ook is, de ontdekking van de reactie tussen rubber en zwavel bracht een revolutie teweeg in het gebruik en de toepassingen van rubber en veranderde het gezicht van de industriële wereld.

Tot die tijd was de enige manier om een ​​kleine opening op een roterende machine af te dichten, of om ervoor te zorgen dat de brandstof die werd gebruikt om die machine (meestal stoom) in een cilinder te voeden zijn kracht op de zuiger uitoefende met minimale lekkage, door met leer doordrenkte in olie. Dit was acceptabel tot matige drukken, maar boven een bepaald punt moesten machinebouwers een compromis sluiten tussen de extra wrijving die werd gegenereerd door het leer steeds strakker te pakken, of geconfronteerd met grotere lekkage van de kostbare stoom.

Gevulkaniseerd rubber bood de ideale oplossing. Met gevulkaniseerd rubber hadden ingenieurs een materiaal dat kon worden gevormd en gevormd tot precieze vormen en afmetingen, en dat matige tot grote vervormingen onder belasting zou accepteren en snel zou terugkeren naar zijn oorspronkelijke afmetingen zodra de belasting was verwijderd. Dit, gecombineerd met een goede duurzaamheid en gebrek aan plakkerigheid, zijn de kritische vereisten voor een effectief afdichtingsmateriaal.

Verdere experimenten in de verwerking en samenstelling van rubber werden uitgevoerd, meestal in het Verenigd Koninkrijk door Hancock en zijn collega's. Deze leidden tot een meer herhaalbaar en stabiel proces.

In 1905 ontdekte George Oenslager echter dat een derivaat van aniline genaamd thiocarbanilide de werking van zwavel op het rubber kon versnellen, wat leidde tot veel kortere uithardingstijden en een lager energieverbruik. Dit werk, hoewel veel minder bekend, is bijna net zo fundamenteel voor de ontwikkeling van de rubber industrie als die van Goodyear bij het ontdekken van de zwavelkuur. Versnellers maakten het uithardingsproces veel betrouwbaarder en herhaalbaar. Een jaar na zijn ontdekking had Oenslager honderden mogelijke toepassingen voor zijn additief gevonden.

Zo werd de wetenschap van versnellers en vertragers geboren. Een versneller versnelt de uithardingsreactie, terwijl een vertrager deze vertraagt. In de daaropvolgende eeuw hebben verschillende scheikundigen andere versnellers, en zogenaamde ultraversnellers, ontwikkeld die de reactie zeer snel maken en worden gebruikt om de meeste moderne rubberproducten te maken.

Devulkanisatie

De rubberindustrie doet al jaren onderzoek naar de devulkanisatie van rubber. De grootste moeilijkheid bij het recyclen van rubber is het devulkaniseren van het rubber zonder afbreuk te doen aan de gewenste eigenschappen. Het proces van devulkanisatie omvat het behandelen van rubber in korrelvorm met warmte en / of weekmakers om zijn elastische eigenschappen te herstellen, zodat het rubber kan worden hergebruikt. Verschillende experimentele processen hebben wisselend succes behaald in het laboratorium, maar zijn minder succesvol geweest bij opschaling naar commerciële productieniveaus. Verschillende processen resulteren ook in verschillende niveaus van devulcanisatie: bijvoorbeeld het gebruik van een zeer fijn granulaat en een proces dat oppervlakte-devulcanisatie produceert, zal een product opleveren met een aantal van de gewenste kwaliteiten van niet-gerecycleerd rubber.

Het rubberrecyclingproces begint met het verzamelen en versnipperen van afgedankte banden. Dit reduceert het rubber tot een korrelig materiaal en alle staal en versterkende vezels worden verwijderd. Na een secundaire maling is het resulterende rubberpoeder klaar voor productherfabricage. De productietoepassingen die dit inerte materiaal kunnen gebruiken, zijn echter beperkt tot die toepassingen die geen vulcanisatie vereisen.

In het rubberrecyclingproces begint devulcanisatie met het delinken van de zwavelmoleculen van de rubbermoleculen, waardoor de vorming van nieuwe verknopingen wordt vergemakkelijkt. Er zijn twee belangrijke rubberrecyclingprocessen ontwikkeld: de gemodificeerd olieproces en de water-olie proces. Bij elk van deze processen worden olie en een terugwinningsmiddel toegevoegd aan het teruggewonnen rubberpoeder, dat gedurende een lange periode (5-12 uur) in speciale apparatuur wordt blootgesteld aan hoge temperaturen en druk en ook uitgebreide mechanische nabewerking vereist. Het teruggewonnen rubber van deze processen heeft veranderde eigenschappen en is niet geschikt voor gebruik in veel producten, waaronder banden. Typisch hebben deze verschillende devulcanisatieprocessen niet geleid tot significante devulcanisatie, hebben ze geen consistente kwaliteit bereikt of zijn ze onbetaalbaar.

Halverwege de jaren negentig patenteerden onderzoekers van het Guangzhou Research Institute voor het gebruik van herbruikbare hulpbronnen in China een methode voor het terugwinnen en devulkaniseren van gerecycled rubber. Hun technologie, bekend als de AMR-proces, wordt beweerd een nieuw polymeer te produceren met consistente eigenschappen die dicht bij die van natuurlijk en synthetisch rubber liggen, en tegen aanzienlijk lagere potentiële kosten.

De AMR-proces maakt gebruik van de moleculaire eigenschappen van gevulkaniseerd rubberpoeder in combinatie met het gebruik van een activator, een modificator en een versneller die homogeen reageren met rubberdeeltjes. De chemische reactie die tijdens het mengproces optreedt, vergemakkelijkt het delinken van de zwavelmoleculen, waardoor de eigenschappen van natuurlijk of synthetisch rubber kunnen worden nagemaakt. Een mengsel van chemische additieven wordt gedurende ongeveer vijf minuten in een mixer aan het gerecycleerde rubberpoeder toegevoegd, waarna het poeder een koelproces doorloopt en dan klaar is voor verpakking. De voorstanders van het proces beweren ook dat het proces geen toxines, bijproducten of verontreinigingen afgeeft. Het gereactiveerde rubber kan vervolgens worden samengesteld en verwerkt om aan specifieke vereisten te voldoen.

Momenteel heeft Rebound Rubber Corp., met de Noord-Amerikaanse licentie voor het AMR-proces, een rubberverwerkingsfabriek en een laboratorium voor onderzoek / kwaliteitscontrole gebouwd in Dayton, Ohio. De fabriek voert productieruns uit op demonstratiebasis of op kleine commerciële niveaus. Het gerecyclede rubber van de fabriek in Ohio wordt momenteel getest door een onafhankelijk laboratorium om zijn fysische en chemische eigenschappen vast te stellen.

Of het AMR-proces slaagt, de markt voor nieuw onbewerkt rubber of equivalent blijft enorm, alleen al in Noord-Amerika wordt jaarlijks meer dan 10 miljard pond (ongeveer 4,5 miljoen ton) gebruikt. De auto-industrie verbruikt ongeveer 79 procent nieuw rubber en 57 procent synthetisch rubber. Tot op heden is gerecycled rubber niet in grote hoeveelheden gebruikt als vervanging voor nieuw of synthetisch rubber, grotendeels omdat de gewenste eigenschappen niet zijn bereikt. Gebruikte banden zijn de meest zichtbare afvalproducten van rubber; naar schatting genereert Noord-Amerika alleen al jaarlijks ongeveer 300 miljoen afvalbanden, waarvan meer dan de helft wordt toegevoegd aan voorraden die al enorm zijn. Naar schatting wordt minder dan 10 procent van het afvalrubber hergebruikt in elk nieuw product. Bovendien produceren de Verenigde Staten, de Europese Unie, Oost-Europa, Latijns-Amerika, Japan en het Midden-Oosten gezamenlijk jaarlijks ongeveer een miljard banden, met een geschatte accumulatie van drie miljard in Europa en zes miljard in Noord-Amerika.

Toepassingen

Rubber heeft veel toepassingen. De meeste industriële toepassingen worden gebruikt voor trillingsregeling en demping die worden gebruikt in auto-onderdelen zoals stabilisatorbussen, springbumpers en motorsteunen. Rubber wordt ook gebruikt om slagen van in elkaar grijpende apparatuur te dempen en afdichtingen te maken. Rubber wordt ook gebruikt in banden voor voertuigen.

Zie ook

  • Latex
  • Chemische synthese
  • Band

Externe links

Alle links zijn opgehaald op 31 augustus 2019.

Pin
Send
Share
Send