Kauczuk naturalny
Kauczuk , zwany także kauczukiem indyjskim , lateksem , kauczukiem amazońskim , kauczukiem lub kauczukiem , początkowo produkowany, składa się z polimerów związku organicznego izoprenu z niewielkimi zanieczyszczeniami innymi związkami organicznymi. Tajlandia , Malezja i Indonezja to trzej wiodący producenci kauczuku.
Rodzaje poliizoprenu stosowane jako kauczuki naturalne są klasyfikowane jako elastomery .
Obecnie kauczuk pozyskiwany jest głównie w postaci lateksu z drzewa kauczukowego ( Hevea brasiliensis ) lub innych. Lateks jest lepkim, mleczno-białym koloidem pobieranym przez nacięcia w korze i gromadzenie płynu w naczyniach w procesie zwanym „stukaniem”. Lateks jest następnie rafinowany w gumę, która jest gotowa do komercyjnego przetwarzania. W głównych obszarach lateks może koagulować w kubku zbierającym. Skoagulowane bryły są zbierane i przetwarzane na suche formy przeznaczone do sprzedaży.
Kauczuk naturalny jest szeroko stosowany w wielu zastosowaniach i produktach, sam lub w połączeniu z innymi materiałami. W większości swoich użytecznych postaci ma duży współczynnik rozciągliwości i wysoką sprężystość, a także jest wodoodporny. [ potrzebne źródło ]
Popyt przemysłowy na materiały gumopodobne zaczął przewyższać podaż kauczuku naturalnego pod koniec XIX wieku, co doprowadziło do syntezy kauczuku syntetycznego w 1909 roku środkami chemicznymi. [ potrzebne źródło ]
Odmiany
Amazońskie drzewo kauczukowe ( Hevea brasiliensis )
naturalnego lateksu kauczukowego jest amazońskie drzewo kauczukowe ( Hevea brasiliensis ), członek rodziny wilczomleczowatych Euphorbiaceae . Kiedyś pochodził z Brazylii, gatunek ten nie jest pantropikalny. Gatunek ten jest preferowany, ponieważ dobrze rośnie w uprawie. Prawidłowo zarządzane drzewo reaguje na zranienia, produkując więcej lateksu przez kilka lat. [ potrzebne źródło ]
Kauczuk Kongo ( Landolphia owariensis i L. spp. )
Kauczuk z Konga , dawniej główne źródło kauczuku, pochodził z winorośli z rodzaju Landolphia ( L. kirkii , L. heudelotis i L. owariensis ).
Mniszek lekarski
z mniszka lekarskiego zawiera lateks. Lateks wykazuje taką samą jakość jak kauczuk naturalny z drzew kauczukowych . W dzikich rodzajach mniszka lekarskiego zawartość lateksu jest niska i bardzo zróżnicowana. W nazistowskich Niemczech projekty badawcze próbowały wykorzystać mlecze jako bazę do produkcji gumy, ale nie powiodły się. W 2013 roku, hamując jeden z kluczowych enzymów oraz stosując nowoczesne metody uprawy i techniki optymalizacji, naukowcy z Instytutu Biologii Molekularnej i Ekologii Stosowanej im. Fraunhofera (IME) w Niemczech opracowali odmianę kazachskiego mniszka lekarskiego ( Taraxacum kok-saghyz ), który nadaje się do komercyjnej produkcji kauczuku naturalnego. We współpracy z Continental Tyres , IME uruchomiło obiekt pilotażowy.
Inny
Wiele innych roślin wytwarza formy lateksu bogate w polimery izoprenowe, chociaż nie wszystkie wytwarzają użyteczne formy polimeru tak łatwo jak Pará. Niektóre z nich wymagają bardziej skomplikowanego przetwarzania, aby wyprodukować coś w rodzaju nadającej się do użytku gumy, a większość z nich jest trudniejsza do stukania. Niektórzy produkują inne pożądane materiały, na przykład gutaperkę ( Palaquium gutta ) i chicle z gatunku Manilkara . Inne, które były wykorzystywane komercyjnie lub przynajmniej okazały się obiecującymi źródłami kauczuku, obejmują figę kauczukową ( Ficus elastica ), drzewo kauczukowe panamskie ( Castilla elastica ) ), różne wilczomlecz ( Euphorbia spp.), sałata ( gatunek Lactuca ), pokrewny Scorzonera tau-saghyz , różne gatunki Taraxacum , w tym mniszek lekarski ( Taraxacum officinale ) i mniszek kazachski oraz, co być może najważniejsze ze względu na swoje właściwości hipoalergiczne, guayule ( Parthenium argentatum ). Termin guma gumowa jest czasami stosowany do otrzymanej z drzewa wersji kauczuku naturalnego w celu odróżnienia jej od wersji syntetycznej.
Historia
Pierwsze użycie gumy miało miejsce w rdzennych kulturach Mezoameryki . Najwcześniejsze archeologiczne dowody na użycie naturalnego lateksu z drzewa Hevea pochodzą z kultury Olmeków , w której guma była po raz pierwszy używana do produkcji piłek do mezoamerykańskiej gry w piłkę . Guma była później używana przez Majów i Azteków – oprócz robienia piłek, Aztekowie używali gumy do innych celów, takich jak wytwarzanie pojemników i nadawanie tkaninom wodoodporności poprzez impregnowanie ich sokiem lateksowym.
Charlesowi Marie de La Condamine przypisuje się wprowadzenie próbek gumy do Académie Royale des Sciences we Francji w 1736 r. W 1751 r. Przedstawił Académie artykuł François Fresneau (opublikowany w 1755 r.), W którym opisano wiele właściwości gumy. Zostało to określone jako pierwszy artykuł naukowy na temat gumy. W Anglii Joseph Priestley w 1770 roku zauważył, że kawałek materiału jest wyjątkowo dobry do ścierania ołówka ślady na papierze, stąd nazwa „guma”. Powoli przemieszczał się po Anglii. W 1764 roku François Fresnau odkrył, że terpentyna jest rozpuszczalnikiem kauczuku . Giovanni Fabbroni jest uznawany za odkrywcę benzyny ciężkiej jako rozpuszczalnika kauczuku w 1779 roku. [ Potrzebne źródło ] Charles Goodyear ponownie opracował wulkanizację w 1839 roku, chociaż mieszkańcy Mezoameryki używali stabilizowanej gumy do produkcji piłek i innych przedmiotów już w 1600 roku pne.
Ameryka Południowa pozostawała głównym źródłem kauczuku lateksowego używanego przez większą część XIX wieku. Handel kauczukiem był silnie kontrolowany przez interesy biznesowe, ale żadne przepisy nie zabraniały wyraźnie eksportu nasion lub roślin. W 1876 roku Henry Wickham przemycił z Brazylii 70 000 nasion amazońskiego drzewa kauczukowego i dostarczył je do Kew Gardens w Anglii. Tylko 2400 z nich wykiełkowało. Sadzonki wysłano następnie do Indii , brytyjskiego Cejlonu ( Sri Lanka ), Holenderskich Indii Wschodnich ( Indonezja ), Singapuru i Brytyjskie Malaje . Malaje (obecnie Malezja Półwyspowa ) miały później stać się największym producentem kauczuku.
Na początku XX wieku Wolne Państwo Kongo w Afryce było również znaczącym źródłem naturalnego lateksu kauczukowego, pozyskiwanego głównie w wyniku pracy przymusowej . [ potrzebne źródło ] Państwo kolonialne króla Leopolda II brutalnie narzuciło kwoty produkcyjne. Taktyka egzekwowania limitów kauczuku obejmowała zdejmowanie rąk ofiar, aby udowodnić, że zostały zabite. Żołnierze często wracali z nalotów z koszami pełnymi odrąbanych rąk. Wioski, które stawiały opór, zostały zrównane z ziemią, aby zachęcić do lepszego przestrzegania przepisów na szczeblu lokalnym. [ potrzebne źródło ]
W Indiach komercyjna uprawa została wprowadzona przez brytyjskich plantatorów, chociaż eksperymentalne próby uprawy kauczuku na skalę komercyjną rozpoczęto już w 1873 roku w Ogrodzie Botanicznym w Kalkucie . Pierwsze komercyjne Hevea powstały w Thattekadu w Kerali w 1902 roku. W późniejszych latach plantacja rozszerzyła się na Karnatakę , Tamil Nadu oraz Andamany i Nicobary w Indiach. Dziś Indie są trzecim co do wielkości producentem kauczuku na świecie i czwartym co do wielkości konsumentem.
W Singapurze i na Malajach produkcja komercyjna była mocno promowana przez Sir Henry'ego Nicholasa Ridleya , który był pierwszym dyrektorem naukowym Singapurskich Ogrodów Botanicznych w latach 1888-1911. Rozprowadzał nasiona kauczuku wśród wielu plantatorów i opracował pierwszą technikę stukania drzew w celu uzyskania lateksu bez powodowania poważnych uszkodzeń drzewa. Ze względu na swoją żarliwą promocję tej uprawy, jest powszechnie pamiętany pod pseudonimem „Mad Ridley”.
Przed II wojną światową
Do znaczących zastosowań przed II wojną światową należały profile drzwiowe i okienne, węże, pasy, uszczelki, maty , podłogi i tłumiki (mocowania antywibracyjne) dla przemysłu motoryzacyjnego . W szczególności zastosowanie gumy w oponach samochodowych (początkowo raczej pełnych niż pneumatycznych) zużywało znaczną ilość gumy. Rękawiczki (medyczne, domowe i przemysłowe) oraz zabawkowe balony były dużymi konsumentami gumy, chociaż stosowanym rodzajem gumy jest skoncentrowany lateks. Jako spoiwa użyto znacznej ilości gumy w wielu branżach produkcyjnych i produktach, chociaż dwa najbardziej zauważalne to przemysł papierniczy i dywanowy. Z gumy powszechnie wytwarzano gumki recepturki i gumki do ołówków .
Guma produkowana jako włókno, czasami nazywana „elastyczną”, miała znaczącą wartość dla przemysłu włókienniczego ze względu na doskonałe właściwości wydłużania i powrotu do stanu pierwotnego. W tym celu wytworzone włókno kauczukowe było wytwarzane albo jako wytłaczane okrągłe włókno, albo prostokątne włókna cięte na paski z wytłaczanej folii. Ze względu na niską akceptację barwnika, odczucie w dotyku i wygląd, włókno gumowe było albo pokryte przędzą z innego włókna, albo bezpośrednio wplecione w tkaninę z innymi przędzami. Przędze gumowe były używane w odzieży podkładowej. Podczas gdy guma jest nadal używana w produkcji tekstyliów, jej niska wytrzymałość na rozciąganie ogranicza jej zastosowanie w lekkiej odzieży, ponieważ lateks nie jest odporny na czynniki utleniające i jest uszkadzany przez starzenie, światło słoneczne, olej i pot. Przemysł włókienniczy zwrócił się do neopren (polimer chloroprenu ), rodzaj kauczuku syntetycznego, a także inne powszechnie stosowane włókno elastomerowe, spandeks (znany również jako elastan), ze względu na ich przewagę nad gumą zarówno pod względem wytrzymałości, jak i trwałości.
Nieruchomości
Guma wykazuje wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne. Zachowanie gumy naprężenie-odkształcenie wykazuje efekt Mullinsa i efekt Payne'a i często jest modelowane jako hiperelastyczne . Odkształcenie gumy krystalizuje . Ponieważ w każdej powtarzalnej jednostce występują osłabione wiązania allilowe CH , kauczuk naturalny jest podatny na wulkanizację , a także jest wrażliwy na pękanie ozonowe . Dwa główne rozpuszczalniki do gumy to terpentyna i nafta (ropa naftowa). Ponieważ guma nie rozpuszcza się łatwo, materiał jest drobno rozdrabniany przez rozdrabnianie przed zanurzeniem. koagulacji surowego lateksu, można zastosować roztwór amoniaku . Guma zaczyna się topić w temperaturze około 180°C (356°F).
Elastyczność
W skali mikroskopowej rozluźniona guma to niezorganizowana grupa nieregularnie zmieniających się pomarszczonych łańcuchów. W rozciągniętej gumie łańcuchy są prawie liniowe. Siła przywracająca wynika z przewagi pomarszczonych konformacji nad bardziej liniowymi. Aby zapoznać się z leczeniem ilościowym, zobacz idealny łańcuch , aby uzyskać więcej przykładów, zobacz siłę entropiczną .
Schłodzenie poniżej temperatury zeszklenia umożliwia lokalne zmiany konformacyjne, ale zmiana kolejności jest praktycznie niemożliwa ze względu na większą barierę energetyczną dla skoordynowanego ruchu dłuższych łańcuchów. Elastyczność „zamrożonej” gumy jest niska, a naprężenia wynikają z niewielkich zmian długości i kątów wiązań: to spowodowało katastrofę Challengera , kiedy spłaszczone o-ringi amerykańskiego promu kosmicznego nie udało się zrelaksować, aby wypełnić pogłębiającą się lukę. Zeszklenie jest szybkie i odwracalne: siła powraca po podgrzaniu.
Równoległe łańcuchy rozciągniętej gumy są podatne na krystalizację. Zajmuje to trochę czasu, ponieważ zwoje skręconych łańcuchów muszą odsunąć się od rosnących krystalitów . Krystalizacja zachodzi na przykład wtedy, gdy po kilku dniach nadmuchany zabawkowy balon okazuje się zwiędły w stosunkowo dużej pozostałej objętości. W miejscu dotknięcia kurczy się, ponieważ temperatura dłoni jest wystarczająca do stopienia kryształów.
Wulkanizacja gumy tworzy wiązania dwu- i polisiarczkowe między łańcuchami, co ogranicza stopnie swobody i powoduje, że łańcuchy zaciskają się szybciej dla danego odkształcenia, zwiększając w ten sposób stałą siłę sprężystości i czyniąc gumę twardszą i mniej rozciągliwą.
Nieprzyjemny zapach
Magazyny surowej gumy i przetwórstwo gumy mogą powodować nieprzyjemny zapach, który jest na tyle poważny, że staje się źródłem skarg i protestów okolicznych mieszkańców. Zanieczyszczenia mikrobiologiczne powstają podczas przetwarzania gumy blokowej. Zanieczyszczenia te rozkładają się podczas przechowywania lub degradacji termicznej i wytwarzają lotne związki organiczne. Badanie tych związków metodą chromatografii gazowej / spektrometrii mas (GC/MS) i chromatografii gazowej (GC) wykazało, że zawierają one siarkę, amoniak, alkeny , ketony , estry , siarkowodór , azot i niskocząsteczkowe kwasy tłuszczowe (C2–C5). W przypadku produkcji koncentratu lateksu z gumy do koagulacji stosuje się kwas siarkowy . Powoduje to wytwarzanie siarkowodoru o cuchnącym zapachu. Przemysł może złagodzić te nieprzyjemne zapachy za pomocą systemów skruberów .
Makijaż chemiczny
Kauczuk to polimer cis-1,4-poliizopren – o masie cząsteczkowej od 100 000 do 1 000 000 daltonów . Zwykle w kauczuku naturalnym znajduje się niewielki procent (do 5% suchej masy) innych materiałów, takich jak białka , kwasy tłuszczowe , żywice i materiały nieorganiczne (sole). Poliizopren można również wytwarzać syntetycznie, wytwarzając coś, co czasami określa się jako „syntetyczny kauczuk naturalny”, ale drogi syntetyczne i naturalne są różne. Niektóre naturalne źródła kauczuku, takie jak gutaperka , składają się z trans-1,4-poliizoprenu, izomeru strukturalnego o podobnych właściwościach. Kauczuk naturalny jest elastomerem i tworzywem termoplastycznym . Po wulkanizacji guma jest termoutwardzalna . Większość gumy w codziennym użytkowaniu jest wulkanizowana do punktu, w którym ma wspólne właściwości obu; tj. jeśli jest ogrzewany i chłodzony, ulega degradacji, ale nie zniszczeniu. Ostateczne właściwości elementu gumowego zależą nie tylko od polimeru, ale także od modyfikatorów i wypełniaczy, takich jak sadza , faktysa , witlinek i inne.
Biosynteza
Cząsteczki gumy powstają w cytoplazmie wyspecjalizowanych komórek produkujących lateks, zwanych laticifers , w roślinach kauczukowych. Cząsteczki gumy otoczone są pojedynczą fosfolipidową o właściwościach hydrofobowych ogony skierowane do wewnątrz. Membrana umożliwia sekwestrację białek biosyntetycznych na powierzchni rosnącej cząsteczki gumy, co pozwala na dodawanie nowych jednostek monomerycznych spoza biomembrany, ale w środku mlekowym. Cząsteczka gumy jest enzymatycznie aktywną jednostką, która zawiera trzy warstwy materiału, cząstkę gumy, biomembranę i wolne jednostki monomeryczne. Biomembrana jest ściśle przylegająca do gumowego rdzenia dzięki wysokiemu ładunkowi ujemnemu wzdłuż podwójnych wiązań rdzenia kauczukowo-polimerowego. Wolne jednostki monomeryczne i skoniugowane białka tworzą warstwę zewnętrzną. Prekursorem kauczuku jest pirofosforan izopentenylu (związek allilowy związek chemiczny), który wydłuża się w wyniku kondensacji zależnej od Mg 2+ pod wpływem transferazy kauczukowej. Monomer dodaje się do pirofosforanowego końca rosnącego polimeru. [ potrzebne źródło ] Proces wypiera końcowy wysokoenergetyczny pirofosforan. W wyniku reakcji powstaje polimer cis. Etap inicjacji jest katalizowany przez prenylotransferazę , która przekształca trzy monomery pirofosforanu izopentenylu w pirofosforan farnezylu . Pirofosforan farnezylu może wiązać się z transferazą kauczukową w celu wydłużenia nowego polimeru kauczukowego.
Wymagany pirofosforan izopentenylu otrzymuje się ze szlaku mewalonianu , który pochodzi z acetylo-CoA w cytosolu . W roślinach pirofosforan izoprenu można również otrzymać ze szlaku 1-deoksy-D-ksyulozy-5-fosforanu/2-C-metylo-D-erytrytolu-4-fosforanu w obrębie plazmidów. Względny stosunek jednostki inicjatora pirofosforanu farnezylu do monomeru wydłużania pirofosforanu izoprenylu określa szybkość syntezy nowych cząstek w stosunku do wydłużania cząstek istniejących. Chociaż wiadomo, że kauczuk jest wytwarzany tylko przez jeden enzym, ekstrakty lateksu zawierają liczne białka o małej masie cząsteczkowej o nieznanej funkcji. Białka prawdopodobnie służą jako kofaktory, ponieważ szybkość syntezy zmniejsza się wraz z całkowitym usunięciem.
Produkcja
W 2017 roku wyprodukowano ponad 28 mln ton kauczuku, z czego około 47% to kauczuk naturalny. Ponieważ większość jest syntetyczna, która pochodzi z ropy naftowej, cena kauczuku naturalnego jest w dużej mierze zdeterminowana przez dominującą światową cenę ropy naftowej. Azja była głównym źródłem kauczuku naturalnego, odpowiadając za około 90% produkcji w 2021 r. Trzej najwięksi producenci, Tajlandia , Indonezja i Malezja, razem odpowiadają za około 72% całej produkcji kauczuku naturalnego. Kauczuk naturalny nie jest szeroko uprawiany na swoim rodzimym kontynencie w Ameryce Południowej z powodu południowoamerykańskiej zarazy liści i innych naturalnych drapieżników.
Uprawa
Lateks kauczukowy jest pozyskiwany z drzew kauczukowych. Ekonomiczny okres życia drzew kauczukowych na plantacjach wynosi około 32 lat, z czego do 7 lat to faza niedojrzałości, a około 25 lat to faza produkcyjna.
Wymagana gleba to dobrze osuszona, zwietrzała gleba składająca się z laterytu , typów laterytu, typów osadowych, nielaterytowych gleb czerwonych lub aluwialnych .
Warunki klimatyczne dla optymalnego wzrostu drzew kauczukowych to:
- Opady deszczu około 250 centymetrów (98 cali) równomiernie rozłożone bez wyraźnej pory suchej i z co najmniej 100 deszczowymi dniami w roku
- Zakres temperatur od około 20 do 34 ° C (68 do 93 ° F), ze średnią miesięczną od 25 do 28 ° C (77 do 82 ° F)
- Wilgotność powietrza około 80%
- Około 2000 godzin nasłonecznienia rocznie w tempie sześciu godzin dziennie przez cały rok
- Brak silnych wiatrów
Opracowano wiele wysokowydajnych klonów do sadzenia komercyjnego. Te klony dają ponad 2000 kilogramów suchej gumy z hektara (1800 funtów / akr) rocznie w idealnych warunkach.
Kolekcja
W miejscach takich jak Kerala i Sri Lanka, gdzie kokosów jest pod dostatkiem, półłuska kokosa była używana jako pojemnik do zbierania lateksu. Szkliwiona ceramika lub aluminiowe lub plastikowe kubki stały się bardziej powszechne w Kerali w Indiach i innych krajach. Miseczki są podtrzymywane przez drut, który otacza drzewo. Ten drut zawiera sprężynę, dzięki czemu może się rozciągać w miarę wzrostu drzewa. Lateks jest wprowadzany do kubka przez ocynkowany „dziobek” wbity w korę. Stukanie gumą zwykle ma miejsce wczesnym rankiem, kiedy wewnętrzne ciśnienie w drzewie jest najwyższe. Dobry stukacz może stukać w drzewo co 20 sekund w standardowym systemie półspiralnym, a typowy dzienny rozmiar „zadania” wynosi od 450 do 650 drzew. Drzewa są zwykle opukiwane co drugi lub trzeci dzień, chociaż stosuje się wiele odmian w czasie, długości i liczbie cięć. „Tappery wykonywały cięcie w korze małym toporem. Te ukośne nacięcia umożliwiały przepływ lateksu z kanałów znajdujących się na zewnętrznej lub wewnętrznej warstwie kory ( kambium ) drzewa. Ponieważ kambium kontroluje wzrost drzewa, wzrost zatrzymuje się, jeśli zostanie ścięty. Dlatego stukanie gumą wymagało dokładności, aby nacięcia nie były zbyt liczne, biorąc pod uwagę rozmiar drzewa, ani zbyt głębokie, co mogłoby zahamować jego wzrost lub zabić”.
Zwykle stuka się w panel co najmniej dwa razy, czasem trzy razy w ciągu życia drzewa. Ekonomiczne życie drzewa zależy od tego, jak dobrze zostanie przeprowadzone opukiwanie, ponieważ decydującym czynnikiem jest zużycie kory. Standardem w Malezji dla naprzemiennego codziennego opukiwania jest zużycie 25 cm (pionowo) kory rocznie. Zawierające lateks rurki w korze wznoszą się spiralnie w prawo. Z tego powodu nacięcia gwintowane zwykle wznoszą się w lewo, aby przeciąć więcej rur. Drzewa kapią lateks przez około cztery godziny, zatrzymując się, gdy lateks naturalnie koaguluje na nacięciu, blokując w ten sposób rurki lateksowe w korze. Tapperzy zwykle odpoczywają i jedzą po zakończeniu stukania, a następnie około południa zaczynają zbierać płynny „lateks polowy”.
Koagulacja polna
Cztery rodzaje koagulacji polowej to „kielich”, „drzewo”, „bryła drobnych rolników” i „złom ziemi”. Każdy ma znacząco inne właściwości. Niektóre drzewa nadal kapią po zebraniu, co prowadzi do niewielkiej ilości „bryły kubkowej”, która jest zbierana przy następnym opukiwaniu. Lateks, który koaguluje na rozcięciu, jest również zbierany jako „koronka drzewna”. Koronka drzewna i grudki miseczek razem stanowią 10–20% produkowanej suchej gumy. Kapiący na ziemię lateks, „złom ziemi”, zbierany jest również okresowo w celu przetworzenia produktu niskiej jakości.
Kubeczek
Bryła kubka to skoagulowany materiał znajdujący się w kubku zbiorczym, gdy stukacz następnie odwiedza drzewo, aby ponownie w nie stuknąć. Powstaje z przylegania lateksu do ścianek kubka po ostatnim wlaniu go do wiadra oraz z późno kapiącego lateksu wydzielającego się przed zablokowaniem naczyń przenoszących lateks w drzewie. Ma wyższą czystość i większą wartość niż pozostałe trzy rodzaje.
„Grudek kubkowych” można również użyć do opisania zupełnie innego rodzaju koagulatu, który zebrał się na małych plantacjach przez okres 1–2 tygodni. Po stuknięciu wszystkich drzew, stukacz powróci do każdego drzewa i wmiesza jakiś rodzaj kwasu, co pozwoli nowo zebranemu lateksowi zmieszać się z wcześniej skoagulowanym materiałem. Mieszanka kauczuku i kwasu nadaje plantacjom kauczuku, targowiskom i fabrykom silny zapach.
Koronka drzewna
Koronka drzewna to pasek koagulatu, który tapper zdziera z poprzedniego cięcia przed wykonaniem nowego cięcia. Zwykle ma wyższą zawartość miedzi i manganu niż bryła kubkowa. Zarówno miedź, jak i mangan są proutleniaczami i mogą uszkodzić właściwości fizyczne suchej gumy.
Bryła drobnych rolników
Bryła drobnych rolników jest produkowana przez drobnych rolników, którzy zbierają kauczuk z drzew daleko od najbliższej fabryki. Wielu indonezyjskich drobnych rolników, którzy uprawiają pola ryżowe na odległych obszarach, stuka rozproszone drzewa w drodze do pracy na polach ryżowych i zbiera lateks (lub skoagulowany lateks) w drodze do domu. Ponieważ często niemożliwe jest zachowanie lateksu w stopniu wystarczającym, aby dostarczyć go do fabryki, która przetwarza lateks na czas, aby można go było wykorzystać do wytwarzania produktów wysokiej jakości, a ponieważ lateks i tak skoagulowałby, zanim dotarłby do fabryki, drobny rolnik skoaguluje go wszelkimi dostępnymi środkami, w każdym dostępnym pojemniku. Niektórzy drobni rolnicy używają małych pojemników, wiader itp., ale często lateks jest koagulowany w otworach w ziemi, które są zwykle wyłożone folią. Kwaśne materiały i sfermentowane soki owocowe są używane do koagulacji lateksu — formy wspomaganej koagulacji biologicznej. Niewiele uwagi poświęca się wykluczeniu gałązek, liści, a nawet kory z utworzonych grudek, które mogą również zawierać koronkę drzewną.
Złom ziemi
Złom ziemi to materiał, który gromadzi się wokół podstawy drzewa. Powstaje w wyniku przelewania się lateksu z cięcia i spływania po korze, zalania przez deszcz kubka zbiorczego zawierającego lateks oraz wycieków z wiader zbierających podczas zbierania. Zawiera glebę i inne zanieczyszczenia oraz ma zmienną zawartość kauczuku, w zależności od ilości zanieczyszczeń. Złom ziemi jest zbierany przez pracowników terenowych dwa lub trzy razy w roku i może być czyszczony w myjce złomu w celu odzyskania gumy lub sprzedawany wykonawcy, który go czyści i odzyskuje gumę. Jest niskiej jakości.
Przetwarzanie
Lateks koaguluje w miseczkach, jeśli jest przechowywany przez długi czas i musi zostać zebrany, zanim to nastąpi. Zebrany lateks, „lateks polowy”, przenoszony jest do zbiorników koagulacyjnych w celu przygotowania suchej gumy lub przenoszony do hermetycznych pojemników z przesiewem do amoniaku. Amoniak, wynaleziony przez prawnika patentowego i wiceprezesa United States Rubber Company Ernest Hopkinson około 1920 roku konserwuje lateks w stanie koloidalnym przez dłuższy czas. Lateks jest na ogół przetwarzany na koncentrat lateksu do produkcji wyrobów maczanych lub koagulowany w kontrolowanych, czystych warunkach przy użyciu kwasu mrówkowego. Skoagulowany lateks może być następnie przetwarzany na wyższej jakości, technicznie określone gumy blokowe, takie jak SVR 3L lub SVR CV, lub używany do produkcji gatunków Ribbed Smoke Sheet. Do produkcji kauczuków klasy TSR10 i TSR20 stosowana jest kauczuk naturalnie koagulowany (bryła kubkowa). Obróbka dla tych gatunków to proces rozdrabniania i oczyszczania w celu usunięcia zanieczyszczeń i przygotowania materiału do końcowego etapu suszenia.
Wysuszony materiał jest następnie prasowany w bele i umieszczany na paletach w celu przechowywania i wysyłki.
Struktura molekularna
Guma jest naturalnym polimerem izoprenu (poliizoprenu) i elastomeru (rozciągliwego polimeru). Polimery to po prostu łańcuchy cząsteczek, które można ze sobą łączyć. Guma jest jednym z niewielu naturalnie występujących polimerów i jest ceniona za wysoki współczynnik rozciągliwości, sprężystość i właściwości wodoodporne. Inne przykłady naturalnych polimerów obejmują skorupę żółwia, bursztyn i rogi zwierzęce. Po zebraniu kauczuk lateksowy przybiera postać lateksu, nieprzezroczystej, białej, mlecznej zawiesiny cząstek gumy w wodzie. Następnie jest przekształcany w procesach przemysłowych do wspólnej postaci stałej, tak powszechnie spotykanej dzisiaj.
Guma wulkanizowana
Kauczuk naturalny jest reaktywny i podatny na utlenianie, ale można go ustabilizować w procesie ogrzewania zwanym wulkanizacją. Wulkanizacja to proces, w którym guma jest podgrzewana i dodawana jest siarka , nadtlenek lub bisfenol , aby poprawić odporność i elastyczność oraz zapobiec utlenianiu. Co ciekawe, sadza , która może pochodzić z rafinerii ropy naftowej lub innych naturalnych procesów spalania, jest czasami stosowana jako dodatek do gumy w celu poprawy jej wytrzymałości, zwłaszcza w oponach samochodowych.
Podczas wulkanizacji cząsteczki poliizoprenu kauczuku (długie łańcuchy izoprenu) są podgrzewane i sieciowane wiązaniami molekularnymi z siarką, tworząc trójwymiarową matrycę. Optymalny procent siarki wynosi około 10%. W tej postaci orientacja cząsteczek poliizoprenu jest nadal przypadkowa, ale po rozciągnięciu gumy stają się one wyrównane. Ta wulkanizacja siarki sprawia, że guma jest mocniejsza i sztywniejsza, ale nadal bardzo elastyczna. A poprzez proces wulkanizacji siarka i lateks mają zostać całkowicie zużyte w indywidualnej formie.
Transport
Naturalny lateks kauczukowy jest wysyłany z fabryk w Azji Południowo-Wschodniej , Ameryce Południowej oraz Afryce Zachodniej i Środkowej do miejsc na całym świecie. Ponieważ koszt kauczuku naturalnego znacznie wzrósł, a produkty gumowe są gęste, preferowane są metody wysyłki oferujące najniższy koszt w przeliczeniu na jednostkę masy. W zależności od miejsca docelowego, dostępności magazynu i warunków transportu, niektórzy kupujący preferują niektóre metody. W handlu międzynarodowym guma lateksowa jest najczęściej wysyłana w 20-stopowych kontenerach oceanicznych. Wewnątrz pojemnika mniejsze pojemniki służą do przechowywania lateksu.
Niedobór gumy i globalna ekonomia
Rośnie niepokój o przyszłą podaż kauczuku ze względu na różne czynniki, w tym choroby roślin, zmiany klimatyczne i niestabilne ceny rynkowe kauczuku. Producentami asortymentu kauczuku naturalnego są w większości małe, rodzinne plantacje, obsługujące często dużych agregatorów przemysłowych. Duża zmienność cen kauczuku wpływa na inwestycje w plantacje kauczuku, a rolnicy mogą usuwać drzewa kauczukowe, jeśli cena spot na rynku międzynarodowym pozornie bardziej dochodowej uprawy (np. oleju palmowego) gwałtownie wzrośnie w stosunku do kauczuku.
Na przykład podczas międzynarodowej pandemii COVID-19 w latach 2020 i 2021 popyt na rękawice gumowe gwałtownie wzrósł, co doprowadziło do wzrostu cen gumy o około 30%. Oprócz pandemii popyt częściowo przewyższył podaż, ponieważ wieloletnie plantacje zostały wyrwane i zastąpione innymi uprawami w ciągu ostatnich 5-10 lat, a inne obszary zostały dotknięte klęskami żywiołowymi spowodowanymi klimatem. W tych warunkach producenci podnieśli ceny zgodnie z dynamiką podaży i popytu, wywierając presję cenową na cały łańcuch dostaw na niższym szczeblu.
Używa
Nieutwardzona guma jest używana do cementów; do taśm klejących, izolacyjnych i ciernych; oraz do kauczuku krepowego stosowanego w kocach izolacyjnych i obuwiu. Wulkanizowana guma ma znacznie więcej zastosowań. Odporność na ścieranie sprawia, że bardziej miękkie rodzaje gumy są cenne dla bieżników opon pojazdów i pasów przenośników, a twarda guma jest cenna dla obudów pomp i rurociągów używanych do obsługi szlamu ściernego.
Elastyczność gumy jest atrakcyjna w wężach, oponach i rolkach do różnych urządzeń , od domowych pras do ubrań po prasy drukarskie; jego elastyczność sprawia, że nadaje się do różnego rodzaju amortyzatorów oraz do specjalistycznych mocowań maszyn, których zadaniem jest redukcja drgań. Jego względna nieprzepuszczalność dla gazów czyni go użytecznym w produkcji wyrobów takich jak węże powietrzne, balony, kulki i poduszki. Odporność gumy na wodę a działanie większości płynnych chemikaliów doprowadziło do jego zastosowania w odzieży przeciwdeszczowej, sprzęcie do nurkowania oraz przewodach chemicznych i medycznych, a także jako wykładzina zbiorników magazynowych, sprzętu przetwórczego i cystern kolejowych. Ze względu na swoją oporność elektryczną miękkie wyroby gumowe są stosowane jako izolacja oraz do produkcji rękawic ochronnych, butów i koców; twarda guma jest używana do wyrobów takich jak obudowy telefonów i części do radioodbiorników, mierniki i inne przyrządy elektryczne. Współczynnik tarcia gumy, który jest wysoki na suchych nawierzchniach i niski na mokrych, prowadzi do jej zastosowania w pasach transmisyjnych , wysoce elastycznych sprzęgieł oraz do łożysk smarowanych wodą w pompach głębinowych. Piłki z gumy indyjskiej lub piłki do lacrosse są wykonane z gumy.
Rocznie produkuje się około 25 milionów ton kauczuku, z czego 30 procent to kauczuk naturalny. Pozostała część to kauczuk syntetyczny pochodzący ze źródeł petrochemicznych. Górny koniec produkcji lateksu skutkuje produktami lateksowymi, takimi jak rękawice chirurgiczne, balony i inne produkty o stosunkowo wysokiej wartości. Średni zakres, który pochodzi z technicznie określonych materiałów z kauczuku naturalnego, kończy się głównie na oponach, ale także na taśmach przenośnikowych, produktach morskich, wycieraczkach do szyb i innych towarach. Kauczuk naturalny zapewnia dobrą elastyczność, podczas gdy materiały syntetyczne zwykle zapewniają lepszą odporność na czynniki środowiskowe, takie jak oleje, temperatura, chemikalia i światło ultrafioletowe. „Utwardzona guma” to guma, która została zmieszana i poddana procesowi wulkanizacji w celu utworzenia wiązań poprzecznych w matrycy gumowej.
Reakcje alergiczne
Niektóre osoby mają poważną alergię na lateks , a kontakt z produktami z naturalnej gumy lateksowej, takimi jak rękawiczki lateksowe , może wywołać wstrząs anafilaktyczny . Białka antygenowe znajdujące się w lateksie Hevea są znacznie zmniejszone o około 99,9 procent (choć nie są eliminowane) poprzez przetwarzanie wulkanizacyjne.
Lateks ze źródeł innych niż Hevea , takich jak guayule , może być stosowany bez reakcji alergicznej przez osoby uczulone na lateks Hevea .
Niektóre reakcje alergiczne nie dotyczą samego lateksu, ale pozostałości chemikaliów stosowanych do przyspieszenia procesu sieciowania. Chociaż można to pomylić z alergią na lateks, różni się ona od niej, zazwyczaj przybierając postać nadwrażliwości typu IV w obecności śladów określonych chemikaliów stosowanych w procesie przetwarzania.
Degradacja mikrobiologiczna
Kauczuk naturalny jest podatny na degradację przez wiele różnych bakterii. Bakterie Streptomyces coelicolor , Pseudomonas citronellolis i Nocardia spp. są zdolne do degradacji wulkanizowanej kauczuku naturalnego.
Zobacz też
- Akron, Ohio , centrum przemysłu gumowego Stanów Zjednoczonych
- Guma krepowa
- Ebonit
- Dyspersja emulsji
- Fordlândia , nieudana próba założenia plantacji kauczuku w Brazylii
- Wzmocniona guma
- Resilin , wysoce elastyczne białko występujące w owadach
- Olej z nasion kauczuku
- Technologia gumy
- Plan Stevensona , historyczny brytyjski plan stabilizacji cen kauczuku
- Charles Greville Williams badał kauczuk naturalny będący polimerem monomeru izoprenu
Cytaty
Źródła
- Ali, Muhammad Fadzli i in. „Dynamika produkcji kauczuku w Malezji: potencjalne skutki, wyzwania i proponowane interwencje”. Polityka leśna i ekonomia 127 (2021): 102449.
- Ascherson, Neal (1999). The King Incorporated: Leopold II i Kongo . Książki Granta. ISBN 978-1-86207-290-9 . ( wydanie Granta z 1999 r. ).
- Brydson, JA (1988). Materiały gumowe i ich związki . Springer Holandia. ISBN 978-1-85166-215-9 .
- Hobhouse, Henry (2005) [2003]. Nasiona bogactwa: pięć roślin, które uczyniły ludzi bogatymi . Szewc i skarb. s. 125–185. ISBN 978-1-59376-089-2 .
- Hochschild, Adam (2002). Duch króla Leopolda: historia chciwości, terroru i bohaterstwa w kolonialnej Afryce . Patelnia. ISBN 978-0-330-49233-1 .
- Morton, M. (2013). Technologia gumy . Springer Science & Business Media. ISBN 978-94-017-2925-3 .
Dalsza lektura
- Dean, Warren . (1997) Brazylia i walka o gumę: studium historii środowiska . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge.
- Grandin, Greg. Fordlandia: Powstanie i upadek zapomnianego miasta w dżungli Henry'ego Forda . Picador Press 2010. ISBN 978-0312429621
- Weinstein, Barbara (1983) Amazoński boom gumowy 1850–1920 . Wydawnictwo Uniwersytetu Stanforda.
- Tully, John A. Mleko diabła; Społeczna historia gumy . Nowy Jork: Monthly Review Press, 2011.
Linki zewnętrzne
-
Słownikowa definicja kauczuku naturalnego w Wikisłowniku
| Biblioteki Narodowe | |
|---|---|
| Inny | |
