Vulkanizace

Vulkanizace, nebo odstřeďování, gumy, je chemický proces ve kterém individuálním polymeru molekuly jsou spojeny k jiným molekulám polymeru atomovými mosty. Konečný výsledek je že pružné kaučukové molekuly se stanou křížem-spojený do větším nebo lesser rozsahu. Toto dělá sypký materiál těžčeji, hodně trvanlivější a také více odolný proti chemickému útoku. To také dělá povrch z materiálu hladší a brání tomu v lepení ke kovu nebo plastovým chemickým katalyzátorům.

Toto těžko se křížit-spojený polymer jsou silné covalent svazky, se silnými vojsky mezi řetězy, proto neřešitelný a netavitelný, thermosetting polymer nebo thermoset.

Proces je pojmenovaný po Vulcan, římský bůh ohně.

Důvod pro vulkanizování

Uncured přírodní kaučuk začne kazit se během několika dnů, postupně havarovat do mokrého měkkého nepořádku. Proces hynutí částečně sestává z bílkovin být rozebrán hodně jako mléko bílkoviny dělají, a také velkých kaučukových molekul se rozdělovat jak oni oxidují ve vzduchu kvůli molekulám kyslíku napadat dvojné vazby.

Guma, která byla nedostatečně vulkanizovaná také může zahynout, ale více pomalu. Proces hynutí je povzbuzen dlouhým vystavením slunečnímu světlu, a obzvláště k ultrafialovému záření.

Popis

Vulkanizace je obecně považována za nezvratný proces (viz níže), podobný jiným termosetům. Je to něco zcela jiného než termoplastické procesy (tání-mrazení). které jsou typické pro chování většiny moderních polymerů. V důsledku této nevratné reakce vznikají zpracované kaučukové směsi (thermosety), který neměknou působením tepla. Nepatří tak do kategorie termoplastů (jako polyetylén a polypropylén). To je základní rozdíl mezi gumovými materiály a termoplasty. Je to též základem pro jejich odlišné praktické použití, jejich rozdílnou cenu a způsbo využití v odběratelsko-dodavatelských vztazích.

Vlastní chemické křížové vazby se obvykle vytváření spomocí síry. Existují však i jiné technologie, např. na základě peroxidů. Složky vulkanizace u běžné gumové směsi tvoří vlastní vulkanizační činidlo (síra nebo organický peroxid), katalyzátory a zpomalovače.

Na kaučukové molekule je mnoho míst, která jsou atraktivní pro atomy síry. Tato místa se nazývají "cure sites" (nejsem chemik :-( - můj návrh vazebná místa tak může být zcela mimo mísu). Během vulkanizace 8-membered kruh síry se porouchá v menších částech s různorodými množstvími atomů síry. Tyto části jsou docela reaktivní. U každého místa léku na molekule gumy, jeden nebo více atomů síry může připojit sebe, a odtamtud, řetěz síry může růst, než to nakonec dosáhne místa léku na další molekule gumy. Tyto mosty síry jsou typicky mezitím 2 a 10 atomů dlouho. Kontrastovat s tímto s typickým polymerem molekuly ve kterém páteř uhlíku je mnoho tisíců atomových jednotek na délku. Množství atomů síry v crosslink síry má silný vliv na fyzikální vlastnosti finálního kaučukového článku. Krátká síra crosslinks, tak s jedním nebo dva sírové atomy v crosslink dají gumě velmi dobrou žárovzdornost. Crosslinks s vyšším množstvím atomů síry, až 6 nebo 7 dávat gumu velmi dobrý dynamické vlastnosti, ale s lesser žárovzdorností. Dynamické vlastnosti jsou důležité pro činnosti ohnutí kaučukového článku, jako například pohyb strany-zeď běžící pneumatiky. Bez dobrého ohnutí vlastnosti tyto činnosti budou rychle vést k vytvoření prasklin a nakonec k nedostatku kaučukového článku.

Přehled a historie

Historie vulkanizovaného kaučuku jde zpátky do prehistorických dob. Jméno "Olmec" znamená v aztéckém jazyce "kučukový lid" Starověký Mesoamericans, překlenout od starověký Olmecs k Aztecs, získávali latex z Castilla elastica, druh gumovníku v této oblasti. Džus místní révy, Ipomoea alba, se pak míchal s tímto latexem, takže stravěký vulkanizovaný kaučuk vznikal už okolo 1600 př. n. l.

Dále, Aztecs a Mayans vytvořil non-vulkanizovaný kaučuk tím, že získá latex přírodního kaučuku od Hevea brasiliensis stromy v místních lesech. Oni utvořili latex do míčů, a hrál Mesoamerican míčovou hru s výslednými živými míči. Losers byl někdy rituálně provedený.

První odkaz na gumu v Evropě vypadá, že je v 1770, když Edward Nairne prodával kostky přírodního kaučuku od jeho obchodu u 20 Cornhill v Londýně. Kostky, chtěl být gumy, prodával se za překvapivě vysokou cenu 3 šilinků na polovinu-kostka palce.

Od těchto dávných dob k střední-19. století, guma byla materiál novinky, ale to nenašlo hodně aplikace v průmyslovém světě. To bylo používáno nejprve jako gumy, a pak jako lékařská zařízení pro spojující trubky a pro vdechování léčivých plynů. S objevem ta guma byla rozpustná v éteru, to nacházelo aplikace ve vodotěsných povlakách, pozoruhodně pro boty a brzy po tomto, pogumovaný Mackintosh kabát stal se velmi populární.

Přesto, většina z těchto aplikací byla v malých hlasitostech a materiál netrval dlouho. Důvod pro tento nedostatek vážných aplikací byl skutečnost, že materiál nebyl trvanlivý, byl lepkavý a často hnil a voněl špatně protože to zůstalo v jeho uncured stát.

Goodyearův příspěvek

Nejvíce učebnice mají to ten Charles Goodyear (1800 – 1860) byl nejprve používat síru, aby vulkanizoval gumu. Nicméně my víme to dnes to starověký Mesoamericans dosáhl stejných výsledků v roce 1600 př.n.l. [2].

Spoléhat se na koho vy jste četli, Goodyear příběh je jeden jeden z čistého štěstí nebo jednoho z pečlivého výzkumu. Goodyear naléhá, že to bylo latter, ačkoli tam je mnoho současných účtů, které signalizují bývalý.

Goodyear prohlašoval, že on objevil síru-založená vulkanizace v 1839, ale nepatentoval vynález dokud ne 5. července 1843, a nepsal popis objevu dokud ne 1853 v jeho autobiografické knize Gum-Elastica. Zatím, Thomas Hancock (1786-1865), vědec a inženýr, patentoval proces ve V. Británii 21. listopadu 1843, osm týdnů před Goodyearem požádalo o jeho vlastní britský patent.

Goodyear pneumatika a společnost gumy přijali Goodyear jméno protože jeho aktivit v gumárenském průmyslu, ale to má žádná jiná spojení na Charlese Goodyeara a jeho rodinu.

Tady je Goodyearův popis vynálezu, zaujatý od Gum-Elastica. Ačkoli kniha je autobiografie, Goodyear rozhodl se psát to ve třetí osobě, tak to ' vynálezce ' a ' on ' odkazoval se na v textu být ve skutečnosti autor. Popisuje událost v gumárně, kde pracoval jeho bratr:

... Vynálezce dělal některé pokusy zjistit účinek tepla na stejné směsi, která měla rozložil se v poště-tašky a ostatní články. On byl překvapený, že najde to vzorek, být nedbale přinášel do kontaktu s rozpáleným vařičem, připálil jako kůže.

Goodyear pokračuje popsat jak on pokoušel se volat pozornost jeho bratra a jiných pracovníků v rostlině, která byla obeznámena s chováním rozpuštěné gumy, ale oni zamítli jeho odvolání jak nehodný jejich pozornosti, věřit tomu být jeden mnoho žádostí, které on dělal k nim na účet nějakého divného experimentu. Goodyear prohlašuje, že on pokusil se říci jim ta rozpuštěná guma obvykle tála když prudký přílišně, ale oni ještě ignorovali jej.

On přímo odvodil to jestliže proces připálení mohl být zastaven na pravém místě, to by mohlo zbavit žvýkačku jeho rodné přilnavosti během, který by dělal to lépe než přirozená žvýkačka. Na dalším procesu s teplem, on byl dále přesvědčen o správnosti tohoto závěru, tím, že shledá, že Indie guma nemohla být roztavena ve vařící síře u nějakého tepla někdy tak velký, ale vždy připálil. On dělal další soud z topení podobné tkanivo před otevřeným ohněm. Tentýž účinek, to připálení žvýkačka, následoval; ale tam byl ještě více a velmi uspokojivá znamení úspěchu v přinesení požadovaného výsledku, jak na okraj spálené porce vypadal jako linka nebo okraj, to nebylo spálené, ale dokonale konzervovaný.

Goodyear pak pokračuje popsat jak on se stěhoval do Woburn, Massachusetts a uskutečnil sérii soustavných pokusů objevit pravé podmínky pro gumu odstřeďování.

... Na zjišťování k jistotě, že on našel předmět jeho hledání a hodně více, a to nová substance byl důkaz pro případ chladný a rozpouštědlo přirozené žvýkačky, on cítil, že sám dostatečně splatil pro minulost, a docela lhostejný k trápením budoucnosti.

Goodyear nikdy rozlišil nějaké peníze jeho vynálezu. On zastavil všechny majetky jeho rodiny v úsilí shánět peníze, ale 1. července 1860, on zemřel s dluhy přes $200,000.

Pozdější vývoje

Kterákoliv pravdivá historie, objev gumy-reakce síry revolucionizovala použití a použití gumy, a měnil obličej průmyslového světa.

Až do toho času, jediný způsob, jak zapečetit malou mezeru na točivém stroji, nebo zajistit, že palivo napájelo ten stroj (obvykle sterilizovat) ve válci aplikoval jeho sílu na píst s minimálním propouštěním, byl kůží používání namočenou v oleji. Toto bylo přijatelné nahoru k mírným tlakům, ale nad jistým bodem, návrháři stroje měli ke kompromisu mezi zvláštním třením vyvolávaným balením kůže někdy více pevně, nebo stát před větším propouštěním drahé páry.

Vulkanizovaný kaučuk nabídl ideální řešení. S vulkanizovaným kaučukem, inženýři měli materiál, který mohl být formován a tvořili se k přesným tvarům a rozměrům a který by přijal to mírnit k velké deformace dolů načtou a se zotaví rychle k jeho rozměrům originálu, jakmile náklad byl odstraněn. Tito, kombinoval s dobrou trvanlivostí a nedostatkem lepivosti, jsou kritické požadavky pro efektivní těsnící materiál.

Další experimenty ve zpracování a slučování gumy byly uskutečněny, většinou ve V. Británii Hancock a jeho kolegové. Tito vedli k více repeatable a stabilního procesu.

V 1905, nicméně, George Oenslager objevil, že derivát aniline volaný thiocarbanilide byl schopný zrychlit akci síry na gumě, vedení k mnohem kratším lékovým časům a redukovanou spotřebu energie. Tato práce, ačkoli hodně méně známý, je téměř jak základní pro vývoj gumárenského průmyslu jako to Goodyeara v objevení sírového léku. Akcelerátory dělaly léku proces hodně spolehlivější a více repeatable. Jeden rok po jeho objevení, Oenslager našel stovky potenciálních žádostí o jeho přísadu.

Tak, věda plynových pedálů a retarders byla narozena. Akcelerátor zrychlí reakci léku, zatímco retarder to zdrží. V následujícím století, různé lékárny mají rozvinuté jiné akcelerátory, a takzvaný krajní-akcelerátory, to dělat reakci velmi rychle, a být používán v směsi dělaly nejmodernější kaučukové zboží.

Devulkanizace

Gumárenský průmysl zkoumal devulcanization gumy na mnoho let. Problém v gumě znovupoužití byl s devulcanizing guma bez slevování jeho vlastnosti. Proces devulkanizace je léčba gumového granulátu teplem a/nebo změkčovadly k návratu jeho pružné kvality, což umožní její znovupoužití. Několik experimentálních procesů se setkávalo s měnícími se stupni úspěchu na laboratorní úrovni, ale být méně úspěšný v komerčních výrobních úrovních. Také, různé procesy vyústí v různé úrovně devulcanization, například použití velmi jemný zrnit a proces, který vyústí v devulcanization povrchu bude vydávat produkt s některými těmi požadovanými kvalitami gumy. Typicky, alternativní devulcanization procesy vyústily v nízké hladiny devulcanization, nedokázali produkovat konzistentní kvalitu nebo prohibitively drahý.

Guma proces znovupoužití začne se sbírkou a shredding odhozených pneumatik, který sesadí gumu na zrnitý materiál a celou ocel a jiná vlákna jsou odstraněna. Po sekundárním mletí, výsledný kaučukový prach je pak připravený na produkt remanufacture. Nicméně, objem aplikací, které mohou využít tento nehybný materiál je omezený na produkty, které nevyžadují vulkanizaci.

Podobný vulkanizaci, v gumě recyklovat proces, devulcanization začíná jako proces který molekuly síry jsou delinked od molekul gumy, proto usnadňovat vytvoření nového kříže-spojovat struktury. Dva guma generála procesy znovupoužití byly rozvinuté: upravený olejový proces a vlhnout-olejovat proces. S každým tyto procesy, olej a regenerační činidlo jsou přidaní k prachu regenerátu, ošetřoval u vysokých teplot a dolů vysokého tlaku na dlouhé období (5-12 hodiny) ve zvláštním vybavení, a vyžadovat silnou mechanickou poštu-úsilí zpracování. Regenerát od těchto procesů má změněné vlastnosti a je obecně nevhodný pro použití v mnoha produktech, obsahující pneumatika smíchá. Typicky, tyto alternativní devulcanization procesy vyústily v nízké hladiny devulcanization, nedokázali produkovat konzistentní kvalitu nebo prohibitively drahý.

V střední-90s výzkumníci u Guangzhou výzkumného ústavu pro využití znovu použitelných prostředků v Číně patentovali metodu na zúrodňování a devulcanizing recyklované gumy. Jejich technologie volala AMR proces je prohlašoval, že produkuje nový polymer s souhlasnými vlastnostmi, které se blíží k vlastnostem předurčeného člověka a umělé gumy, s potenciálem významná cenová výhoda.

Jmeno AMR proces vykořisťuje molekulární charakteristiky prachu vulkanizovaného kaučuku v spojení s použitím aktivátoru, modifikátorem a plynovým pedálem působit homogeneously s částečkou gumy. Chemická reakce, která se vyskytuje v procesu mixování usnadní delinking molekul síry tak umožňovat zopakování charakteristik předurčeného člověka nebo umělou gumu. Směs chemikálie přísady jsou přidány k recyklovanému kaučukovému prachu v mixéru pro přibližně pět minut, po kterém prach prochází chladícím procesem a je pak připravený na balení. Zastáncové také říkají, že proces nepustí nějaké jedy, vedlejší produkty nebo contaminants. Reaktivoval guma může pak být zvýšena a zpracovaný v souhlasu se specifickými požadavky.

Současně odskočit guma Corp., který drží North americkou licenci pro AMR proces, stavěl zařízení rostliny a výzkum/laboratoř kontroly jakosti v Daytonu, Ohio. Rostlina vykonává výrobní útoky na základ demonstrace nebo u malých komerčních úrovní. Recyklovaná guma od Ohio rostliny současně je testovaná nezávislou laboratoří založit jeho lékařskou prohlídku a chemické vlastnosti.

Bezohledně zda AMR proces stane se úspěšný nebo ne, trh pro novou, surovou gumu nebo ekvivalent je obrovský, se severní Amerikou osamoceně používání přes 10 miliardy buší do každého roku. Automobilový průmysl konzumuje přibližně 79 % pryže bez regenerátoru a 57 % umělé gumy. To se datuje, recyklovaná guma v podstatných množstvích nebyla používána jako nahrazení pro novou nebo syntetickou gumu, velmi protože požadované vlastnosti nemohly být dosáhl. Použité pneumatiky jsou nejviditelnější produktů odpadové kaučukové směsi; to je odhadoval, že Amerika Northa osamoceně tvoří přibližně 300 miliónů pneumatik odpadu každoročně, s přes polovinu jich být zvětšen už obrovské zásoby. To je odhadoval, že méně než 10 % odpadu guma je reused v nějakém druhu nového produktu. Dále, Spojené státy, Evropská unie, východní Evropa, latinská Amerika, Japonsko a Střední východ všeobecně produkují asi jednu miliarda pneumatik každoročně s odhadovanými akumulacemi tři miliarda v Evropě a šest miliónu v severní Americe.