Kaip Veikia Guma

{h1}

Guma yra elastomeras, didelė molekulė, kurią galima ištempti ir grąžinti savo pradinę formą. Sužinokite, kodėl guma yra tokia elastinga ir kaip mes ją gaminame.

- "Aš esu guma, o tu - klijai. Tai, ką tu sakai, atšokia nuo manęs ir prilimpa prie tavęs." Nors jūs tikriausiai prisimenate šį posakį nuo tada, kai buvote protingas vaikas, tačiau tai yra tinkamas aprašymas tos medžiagos, kurią mes žinome kaip gumą.

Manoma, kad Mesoamerikos, senovės Centrinės Amerikos ir Meksikos regiono, tautos pirmosios panaudojo šį elastingą cheminį junginį. Jie naudojo gumą, kad padarytų kamuoliukus žaidimui, kurį Kolumbas, o vėliau ir Ispanijos konkistadoriai, stebėjo, kaip jie žaidžia. Šioms tautoms kaučiukas buvo vadinamas „kaučuku“. Anglų chemikas Josephas Priestley buvo tas, kuris vėliau sugalvojo terminą „guma“ 1770 m.

- Guma yra specifinė polimero rūšis, vadinama elastomeras: didelė molekulė, kurią galima ištempti bent dvigubai daugiau nei pradinis jos ilgis ir grąžinti pradinę formą. Ankstyvosios gumos formos turėjo daug lipnių savybių, ypač karštu oru. Šaltoje temperatūroje guma tapo kieta ir trapi. Tik po atsitiktinio 1839 m. Charleso Goodyearo atradimo tapo įmanoma šiuolaikiška guma.

Nuo to laiko guma tapo svarbiu natūraliu polimeru visuomenėje. Mes gaminame gumą iš guminių medžių (natūralaus latekso) ir iš aliejaus (sintetinio kaučiuko). Daugelyje gaminių naudojame abi gumos rūšis. Kaip ir prieš juos buvę mezoamerikiečiai (actekai ir majai), atletai ir vaikai šiandien žaidžia su guminiais kamuoliais. Žinoma, dažniausiai guma naudojama automobilių padangose. Bet pieštukų trintukuose, apavuose, pirštinėse, dantų užtvankuose ir prezervatyvuose taip pat yra visur esančių medžiagų. Daugelyje gaminių kaučiukas pridedamas kaip apsauginė danga, apsauganti nuo oro sąlygų ar smūgio.

Šiame straipsnyje apžvelgsime šios tamprios medžiagos chemiją, kur ir kaip ji pagaminta, ir koks buvo puikus Charleso Goodyearo atradimas. Taip pat apžvelgsime skirtingus gumos tipus, kai kuriuos iš jūsų pagamintų mėgstamiausių gaminių ir už jo gamybą atsakingą pramonę.

Kitas: kelionė į Centrinę Ameriką.

Medžių sriegimas natūraliam kaučiukui

Šis Šri Lankos žmogus nesitiki klevų sirupo. Jis kolekcionuoja lateksą iš šalia esančio guminio medžio.

Šis Šri Lankos žmogus nesitiki klevų sirupo. Jis kolekcionuoja lateksą iš šalia esančio guminio medžio.

-Mesoamerikos tautos, tokios kaip majai ir actekai, pirmiausia iš vienos iš kelių medžių, aptinkamų Centrinėje ir Pietų Amerikoje, gumos išpylė gumą:

  • Hevea braziliensis: labiausiai paplitęs komercinis kaučiuko medis iš Brazilijos
  • Hevea guyanensis: iš pradžių rasta Prancūzijos Gajanoje
  • Castilla elastica: kartais vadinamas meksikietišku guminiu medžiu arba Panamos guminiu medžiu

Tyrinėtojai ir kolonistai šių medžių pavyzdžių atsinešė atgal į Europą. Galiausiai iš šių medžių sėklos buvo gabenamos į gumos plantacijas kituose atogrąžų klimato kraštuose Europos kolonializmo laikais.

Šiuo metu daugiausia natūralaus kaučiuko gaunama iš Lotynų Amerikos medžių, persodintų į Pietryčių Aziją (Tailandą, Indoneziją, Malaiziją), tokio pat masto kaip Indija, Šri Lanka ir Afrika. Šiose vietose galite rasti kitų gumą gaminančių medžių, įskaitant:

  • Ficus elastica: rasta Java ir Malaizijoje. Ši rūšis taip pat yra paplitęs tropinis kambarinis augalas.
  • Funtumia elastica: auga Vakarų Afrikoje
  • Landolphia owariensis esančiame Kongo baseine

Iš visų šių medžių geriausias kaučiuką gaminantis medis H. braziliensis.

Guminis medis užauga iki maždaug šešerių metų iki to laiko, kai ekonomiškai naudinga iškasti sulą lateksas. Štai kaip jums bakstelėjo vienas: kolektorius padaro ploną įstrižą pjūvį, kad pašalintų žievės skiautelę. Pieno balto latekso skystis išbėga iš žievės, panašiai, kaip iš jūsų odos paviršiuje tekėtų kraujas. Skystis teka per pjūvį ir surenkamas į kibirą. Maždaug po šešių valandų skystis nustoja tekėti. Per tą šešių valandų periodą medis paprastai gali užpildyti galonų kibirą. Medis gali būti vėl pjaunamas dar vienu šviežiu pjūviu, paprastai kitą dieną.

Mesoamerikiečiai išdžiovintų surinktą guminį lateksą ir padarytų kamuoliukus bei kitus daiktus, pavyzdžiui, batus. Jie panardintų kojas į lateksą ir leistų jam išdžiūti. Po kelių mirkymų ir nusausinimo jie galėjo nulupti batą iš kojų. Tada jie rūkė naujus guminius batus, kad juos sukietintų. Mesoamerikiečiai audinius taip pat hidroizoliavo, padengdami juos lateksu ir leisdami išdžiūti. Šis procesas buvo naudojamas gaminant guminius gaminius iki maždaug 1800-ųjų.

Kolumbas su savimi atsivežė guminius rutulius, grįžęs iš savo antrosios kelionės į Naująjį pasaulį, o 1700-ųjų pradžioje gumos pavyzdžiai ir medžiai buvo sugrąžinti į Europą. Tuo metu guma dar buvo naujovė. Mesoamerikos būdu pagaminta guma priminė pieštuko trintuką. Tai buvo minkšta ir lanksti. 1770 m. Chemikas Josephas Priestley pirmasis panaudojo gumą švino žymėms ištrinti. Jis sukūrė žodį „guma“, nes galėjo pašalinti švino žymes, trindamas ant jų medžiagą.

Nors tai buvo naudinga audinių hidroizoliacijai ir naminių batų gamybai, guma turėjo savo problemų. Galite pamatyti šias problemas sau naudodamiesi paprastu guminiu pieštukų trintuku. Paimkite tą trintuką ir keletą minučių padėkite ant stiprios ugnies. Ką tu matai? Trintukas turėtų būti labai minkštas ir lipnus. Toliau darykite atvirkščiai - trinkite trintuką ant ledo arba kelioms minutėms į šaldiklį. Ką tu matai? Trintukas turėtų būti kietas ir trapus. Tas pats nutiko ir su ankstyva guma. Įsivaizduokite, kaip tada būtų vaikščioti guminiais batais karštą ar šaltą dieną. Batai nebus dėvimi gerai. Panašiai, guminiai drabužiai gali prilipti prie jūsų kėdės sėdint, ypač šiltą dieną.

Skaitykite toliau, kad sužinotumėte, kas padaro gumą iš esmės elastingą.

Gumos chemija

Charlesas Goodyearas, originalus guminis ventiliatorius

Charlesas Goodyearas, originalus guminis ventiliatorius

Dėl ko guma yra tokia elastinga? Kaip ir plastikas, guma yra polimeras, tai yra kartojamų vienetų grandinė, vadinama monomerai. Gumoje monomeras yra anglies junginys, vadinamas izoprenas kad turi dvi anglies-anglies dvigubas jungtis. Iš guminių medžių sklindantis latekso skystis turi daug izopreno molekulių. Kai lateksas džiūsta, izopreno molekulės susilieja kartu ir viena izopreno molekulė puola kaimyninės molekulės dvigubą anglies-anglies jungtį. Vienas iš dvigubų ryšių nutrūksta, o elektronai persiskirsto, kad sudarytų ryšį tarp dviejų izopreno molekulių.

Procesas tęsiasi tol, kol turite ilgas daugelio izopreno molekulių grandines, susietas kaip grandinė. Šios ilgos sruogos vadinamos poliizoprenas polimeras. Kiekvienoje poliizopreno molekulėje yra tūkstančiai izopreno monomerų. Džiovinant toliau, poliizopreno gijos susilieja, sudarydamos elektrostatinius ryšius, panašiai kaip traukimas tarp dviejų strypinių magnetų priešingų polių. Pritraukimas tarp šių sruogų sulaiko guminius pluoštus ir leidžia jiems ištempti bei atsigauti.

Tačiau temperatūros pokyčiai gali paveikti elektrostatinę sąveiką tarp poliizopreno gijų latekso gume. Karšta temperatūra sumažina sąveiką ir padaro gumą skystesnę (lipnią). Šaltesnė temperatūra padidina sąveiką ir padaro gumą tvirtesnę (kietą, trapią).

1800-ųjų pradžioje keli mokslininkai ir išradėjai pasiryžo, kad guma būtų patvaresnė. Vienas garsus išradėjas Charlesas Goodyear'as teigė, kad sumažinant gumos lipnumą galite sumaišyti ją su įvairiais sausais milteliais. Jis eksperimentavo derindamas talką ir kitus miltelius su guma. 1838 m. „Goodyear“ sutiko Nathanielį Haywardą, kuris padarė pažangą gumos lakštus apdorodamas sieros ir terpentino tirpalu, o paskui džiovindamas saulėje. Hayward'o saulėje džiovinta guma buvo kietesnė ir patvaresnė, todėl jis užpatentavo procesą, kurį ir pavadino soliariumas.

„Goodyear“ įsigijo patento teises į soliariumą ir pradėjo eksperimentuoti su sieros junginiais. Bandydamas ir suklysdamas, išradėjas sumaišė latekso gumą su sieros ir švino oksidu. Legenda pasakoja, kad dalis mišinio nukrito ant karštos viryklės, o gauta guma buvo kieta, lanksti ir patvari. „Goodyear“ atsitiktinis procesas ilgainiui tapo žinomas kaip vulkanizacija. Jis taip pat nustatė, kad pakeitus sieros kiekį pasikeitė gumos savybės. Kuo daugiau sieros panaudota, tuo kietesnė guma tapo. Taigi, kas nutinka, kai guma yra vulkanizuota?

Kai poliizopreno gijos kaitinamos sieros ir švino oksidu, sieros atomai puola dvigubus ryšius poliizopreno gijose ir jungiasi prie anglies atomų. Sieros atomai taip pat gali sudaryti tarpusavio ryšius (disulfidinius ryšius) ir susieti gretimas poliizopreno gijas, kad gumoje sudarytų tinklinę struktūrą.

-Thi kryžminis sujungimas sustiprina poliizopreną, kad jis taptų kietesnis, lankstesnis ir patvaresnis. Kaip nustatė „Goodyear“, kuo daugiau sieros sunaudojama, tuo daugiau gali susidaryti kryžminių jungčių ir kuo kietesnė guma. „Goodyear“ vulkanizacijos procesas apėmė latekso gumos, sieros ir švino oksido derinimą aukšto slėgio garuose iki 6 valandų, kad būtų pasiekti geriausi rezultatai.

Gumos princas ar Pauperis?

Charlesas Goodyearas buvo apsėstas gumos. Jis netgi eksperimentavo su tuo, kol buvo laikomas tik skolininko kalėjime. 1839 m. Išradęs vulkanizaciją, jis pradėjo gaminti vulkanizuoto kaučiuko lakštus, kuriuos buvo galima naudoti drabužiams. „Goodyear“ siuntė savo produktus į Europą, tikėdamasi privilioti investuotojus. Anglų išradėjas ir gumos pradininkas Thomas Hancockas buvo sužavėtas. Jis suprato „Goodyear“ vulkanizacijos procesą ir skubiai pateikė paraišką angliškam patentui gauti prieš „Goodyear“. Galų gale daugelis kitų įmonių pažeidė „Goodyear“ patentus ir didžiąją dalį savo praleistos sumos jis išleido teisminiams ginčams ar guminiams eksperimentams. Jis mirė nuskurdęs 1860 m. Tikriausiai jis būtų laimingas sužinojęs, kad „Goodyear“ padangų ir gumos įmonė buvo pavadinta jo garbei.

Vienkartinė motinos gamta: sintetinis kaučiukas

Daugelis šlapių kostiumų yra pagaminti iš sintetinio kaučiuko, vadinamo neoprenu.

Daugelis šlapių kostiumų yra pagaminti iš sintetinio kaučiuko, vadinamo neoprenu.

Gumos pramonė iš tikrųjų pradėjo klestėti išradusi automobilį. Visos šios padangos sukūrė ir vis dar sukuria didžiulę vulkanizuoto kaučiuko rinką. XX amžiaus pradžioje dauguma padangų buvo pagamintos iš vulkanizuoto gumos, pagamintos iš medžių. Jungtinės Valstijos buvo pirmaujanti automobilių gamintoja ir didelė pasaulinės gumos, kurią kontroliavo britų plantacijos visoje Azijoje, vartotoja.

Tik laiko klausimas, kol mokslininkai paklausė, ar gumą galima gaminti dirbtinai. Jau 1860 m. Jie jau buvo apibrėžę gumos chemiją ir jos vulkanizacijos procesą. Chemikai šildė gumą, kad ją suskaidytų, ir nustatė, kad ji gamina izopreną, aliejų ir degutą. Jie galėtų gaminti izopreną iš naftos, o paskui dirbtinai sujungti izopreną, kad pagamintų gumą. Atrodė, kad pieštukų trintukai ir automobilių padangos gali būti gaminami iš naftos produktų.

Tikriausiai esate girdėję apie keletą iš šių sintetinių gumų. Pavyzdžiui, neopreno yra minkšta, putojanti, izoliuojanti guma, dažnai naudojama šlapiuose kostiumuose. Nardytojai ir banglentininkai turi „DuPont“ chemiką Wallace'ą Carothersą, kuris 1930 m. Chloropreno polimerą pavertė polichloroprenu, norėdamas padėkoti už jų šilumą nuotykių vandenyne metu. Beje, „Carothers“ vėliau išrado dar vieną populiarų polimerą, pavadintą nailonu.

-Čia, žinoma, sintetinė guma, lažinamės, kad girdėjote apie: silikonas. 1945 m. „Dow Corning“ chemikai sukūrė sintetinį kaučiuką, kuris remiasi silikono, o ne anglies pagrindu. Jie sukūrė lengvą, lanksčią ir chemiškai inertišką medžiagą, kuri dažnai naudojama medicinos prietaisų pramonėje ir kuri netgi gali sėdėti kūne kaip krūtų implantai.

Lateksas yra paskutinis sintetinis kaučiukas, apie kurį mes kalbėsime. Turbūt prisimenate, kad lateksas reiškia guminę medžių sulą. Tai taip pat yra plonesnio, stipresnio sintetinio kaučiuko, bent jau iš pradžių išlaikančio natūralią tos sultingumo pieno spalvą, pavadinimas. 1921 m. Chemikas Peteris Schidrowitzas atrado, kad jūs galite vulkanizuoti lateksą, į jį pridėdami polisulfidų ir per ilgą laiką kaitindami žemesnėje temperatūroje nei tradicinė vulkanizacija. Be to, kadangi tokio tipo vulkanizacija vyko žemesnėje temperatūroje, galite į lateksą įpilti dažų, kad gautumėte spalvas. Tai latekso rūšis, kurią galite rasti pirštinėse, dantų užtvankuose ir prezervatyvuose.

Sužinokite, kiek pinigų reikia užsidirbti iš latekso pirštinių ir panašiai.

Latekso alergija

Atsiradus ŽIV ir kitiems per kraują plintantiems patogenams, sveikatos priežiūros darbuotojai padidino latekso pirštinių naudojimą. Tačiau maždaug 17 procentų JAV sveikatos priežiūros darbuotojų kenčia nuo latekso alergijos [šaltinis: Lehrman]. Žmonės gali būti jautrūs pačiam lateksui, kukurūzų krakmolui ar kitoms cheminėms medžiagoms, įdėtoms į latekso gumą. Alternatyvos lateksinėms pirštinėms yra vinilo pirštinės (plastiko rūšis).

Gumos perdirbimas ir pelnas

Tikrieji pinigų gamintojai gumos pramonėje

Tikrieji pinigų gamintojai gumos pramonėje

Kiek gumos ten šokinėja? Tarptautinės gumos tyrimų grupės duomenimis, 2007 m. Buvo pagaminta 9,7 mln. Tonų natūralaus kaučiuko, kurio didžioji dalis atkeliavo iš Azijos. 2007 m. Natūralaus kaučiuko rinka sudarė maždaug 2321 USD už toną. Tai sudarė apie 22,5 milijardo USD [šaltinis: Tarptautinė gumos tyrimų grupė]. Tačiau prieš tai natūralus kaučiukas turi būti perdirbamas į tokias medžiagas kaip žarnos, guminės juostos ir mažos geltonos antys.

Natūralaus kaučiuko apdirbimas susideda iš šių etapų:

  1. Įmonės pirmiausia gauna iš latekso skysčio, tai reiškia, kad sula reikia sulaukti iš guminių medžių, filtruoti lateksą ir pakuoti jį į statines eksportui ar perdirbimui.
  2. Iš jų gaminami rūkyti latekso gumos lakštai. Jie suspaudžia lateksą pridėdami rūgšties, susuktą skystį susuka į malūnėlyje esančius lakštus, kad pašalintų vandenį, o po to lapus nusausina, rūko ir eksportuoja.
  3. Lateksas yra chemiškai apdorojamas ir kaitinamas žemoje temperatūroje, kad jį būtų galima vulkanizuoti. Vulkanizuotą lateksą lengviau transportuoti ir, švelniai kaitinant, jį vėliau galima paversti įprasta guma.

-T-sintetinio kaučiuko pelnas ir proceso vaizdas šiek tiek skiriasi. 2007 m. Buvo pagaminta apie 13,6 mln. Tonų sintetinio kaučiuko, daugiausia JAV, Europoje ir Azijoje [šaltinis: Tarptautinė gumos tyrimų grupė]. Sintetinio kaučiuko rinkoje 2007 m. Buvo uždirbama apie 2601 milijardo dolerių, kurių kaina buvo apie 2 012 USD už toną.

Sintetinio kaučiuko polimerai yra gaminami iš chemikalų naftos pagrindu, suspaudžiami ir džiovinami transportavimui. Kartą gamybos įmonėje sintetinio kaučiuko polimerai sumaišomi, gali būti dedama ingredientų ir guma susukama į lakštus. Lakštus galima supjaustyti juostelėmis vėlesniam formavimui ir perdirbimui. Yra trys pagrindiniai apdorojimo būdai:

  1. -Išspaudimas: Guminiai polimerai kaitinami ir mechaniškai sumaišomi ilgoje kameroje, išstumiami per mažą angą ir vulkanizuojami arba kietinami. Šis metodas naudojamas gaminant didelius pluoštus gniuždant.
  2. Įpurškimas: Guminės juostelės yra kaitinamos ir mechaniškai sumaišomos kameroje, esant dideliam slėgiui, priverstinai suformuotos į formą. Guma vulkanizuojama garuose pelėsyje ir tada atvėsinama. Atvėsęs guminis gaminys išsiskiria iš pelėsio.
  3. Presinis liejimas: Guminės juostelės suspaudžiamos aplink formą, veikiant slėgiui, ir vulkanizuojamos, kad susidarytų į formą. Tada atvėsintas produktas pašalinamas iš formos.

Guma gali būti ne pirmas dalykas, apie kurį galvojate, kai galvojate sumažinti, pakartotinai naudoti, perdirbti, tačiau kai kuriuos produktus galima perdirbti. Pavyzdžiui, padangas galima susmulkinti ir pašildyti anaerobinėje aplinkoje (pirolizė), kad suskaidytų gumą ir atgautų aliejų kaip šalutinius naftos produktus, tokius kaip benzenas. Taikant kitus perdirbimo būdus, susmulkintą gumą galima suspausti į skirtingus produktus.

Dar neišeikite iš gumos kambario. Mes turime daugiau nuorodų, nei jūs galite šaudyti iš gumos juostos.


Vaizdo Papildas: Tik per plauką nuo mirties: šuolis su guma baigėsi kraupiai.




Tyrimas


„Misfit Shine“: „Fitness Tracker“ Apžvalga
„Misfit Shine“: „Fitness Tracker“ Apžvalga

Naujas Automobilio Šoninis Veidrodis Pašalina Vairuotojo Aklumą
Naujas Automobilio Šoninis Veidrodis Pašalina Vairuotojo Aklumą

Mokslas Naujienos


Nauja Greičiausia Kamera Pasaulyje Mato Lazerius, Judančius 10 Trilijonų Kadrų Per Sekundę
Nauja Greičiausia Kamera Pasaulyje Mato Lazerius, Judančius 10 Trilijonų Kadrų Per Sekundę

Liežuvio Žemėlapis: Debiutas Mitas Be Skonio
Liežuvio Žemėlapis: Debiutas Mitas Be Skonio

Duk: Skysto Vandens Reikšmė Marse
Duk: Skysto Vandens Reikšmė Marse

Vyrų Kontraceptinės Tabletės Blokuoja „Spermos Hormonus“, Tačiau Ar Jos Veiks?
Vyrų Kontraceptinės Tabletės Blokuoja „Spermos Hormonus“, Tačiau Ar Jos Veiks?

Tolimųjų Galaktikų Sprogimai Tampa Psichodelinėmis Dainomis
Tolimųjų Galaktikų Sprogimai Tampa Psichodelinėmis Dainomis


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com