Caoutchouc Une introduction simple - Expliquez que Stuff
T Hink de caoutchouc et vous pensez probablement de bandes élastiques, pneus de voiture, ou au crayon gommes à effacer. Mais ce matériau super-élastique trouve en fait son chemin dans des dizaines de milliers de différents produits tout-de tampons en caoutchouc et des chaussures imperméables à wetsuits de surf. bonnets de natation, et les tuyaux de lave-vaisselle. Caoutchouc, qui a été utilisée pour plus de 1000 ans, une fois provenait entièrement de sources naturelles; maintenant des produits en caoutchouc sont tout aussi susceptibles d'être artificiellement fait dans les usines chimiques. C'est en grande partie parce que nous ne pouvons pas produire suffisamment de caoutchouc naturel pour répondre à tous nos besoins. Et cela, à son tour, est parce que le caoutchouc est si formidablement utile. Jetons un coup d'oeil de plus près l'un des matériaux les plus étonnants du monde!
Photo: La moitié est utilisée de caoutchouc du monde pour faire des pneus véhicules et au moins la moitié d'entre eux sont gaspillées dans les décharges, les incinérateurs brûlés dans, ou autrement sous-évaluées.
Qu'est-ce que le caoutchouc?
Quand les gens parlent de « caoutchouc », ils ne précisent généralement pas ce genre. Il y a beaucoup de différents types de caoutchouc, mais ils tombent tous en deux grands types: le caoutchouc naturel (latex cultivé à partir de plantes) et de caoutchouc synthétique (fait artificiellement dans une usine chimique ou laboratoire). Commercialement, les caoutchoucs synthétiques les plus importants sont le butadiène-styrène (SBR), les polyacryliques, et de l'acétate de polyvinyle (PVA); d'autres types comprennent le chlorure de polyvinyle (PVC), le polychloroprène (mieux connu sous le néoprène), et divers types de polyuréthane. Bien que le caoutchouc naturel et les caoutchoucs synthétiques sont similaires à certains égards, ils sont faits par tout à fait différents processus et chimiquement tout à fait différents.
Caoutchouc naturel
Le caoutchouc naturel est fabriqué à partir d'un liquide qui coule, blanc laiteux appelé latex qui suinte de certaines plantes quand vous coupez en eux. (Pissenlits communs, par exemple, produisent du latex, si vous casser leurs tiges, vous pouvez voir le latex dégoulinant d'eux, en théorie, il n'y a aucune raison pour laquelle nous ne pouvions pas faire du caoutchouc par pissenlits de plus en plus, bien que nous aurions besoin d'un. énormément d'entre eux.) Bien qu'il y ait quelque chose comme 200 usines dans le monde qui produisent du latex, plus de 99 pour cent du caoutchouc naturel du monde est faite à partir du latex qui provient d'une espèce d'arbre appelé Hevea brasiliensis. largement connu comme l'hévéa. Ce latex est d'environ un tiers et un tiers de l'eau des particules de caoutchouc tenues en une forme connue sous forme de suspension colloïdale. Le caoutchouc naturel est un polymère d'isoprène (également connu sous le nom de 2-méthylbuta-1,3-diène) avec la formule chimique (C 5 H 8) n. Pour plus simplement, il est fait de plusieurs milliers de base C 5 H 8 unités (monomère d'isoprène) lâchement joints pour faire de longues chaînes, enchevêtrées. Ces chaînes de molécules peuvent être séparèrent et démêlé assez facilement, mais ils droit au printemps retour ensemble si vous relâchez les et c'est ce qui rend l'élasticité du caoutchouc.
Photo: Gauche: bandes en caoutchouc sont un usage quotidien très familier du latex de caoutchouc. A droite: guayule. l'une des nombreuses plantes dont le caoutchouc peut être fait. Photo de Peggy Greb avec la permission du Département américain de l'Agriculture / Agricultural Research Service (USDA / ARS).
caoutchoucs synthétiques
caoutchoucs synthétiques sont fabriqués dans des usines chimiques en utilisant les produits pétrochimiques comme point de départ. L'un des premiers (et toujours l'un des plus connus) est en néoprène (le nom de marque pour polychloroprène), par réaction de l'acide chlorhydrique et de l'acétylène ensemble. Emulsion caoutchouc styrène-butadiène (E-SBR). un autre caoutchouc synthétique, est largement utilisé pour la fabrication de pneus de véhicules.
Pour le reste de cet article, nous allons surtout nous concentrer sur le caoutchouc naturel.
Comment est fait le caoutchouc?
Il faut plusieurs étapes bien distinctes pour fabriquer un produit en caoutchouc naturel. Tout d'abord, vous devez recueillir votre latex des hévéas en utilisant un procédé traditionnel appelé tapotement en caoutchouc. Cela implique de faire une coupe large, en forme de V dans l'écorce de l'arbre. Comme le latex égoutte, il est recueilli dans une tasse. Le latex est ensuite filtré de nombreux arbres, lavé et mis à réagir avec de l'acide pour que les particules de coaguler en caoutchouc (coller ensemble). Le caoutchouc fait de cette façon est pressée dans des dalles ou des feuilles, puis séché, prêt pour les prochaines étapes de la production.
En soi, le caoutchouc non traité est pas du tout utile. Il a tendance à être cassant à froid et nauséabond et collant quand il se réchauffe. D'autres procédés sont utilisés pour la transformer en un matériau beaucoup plus polyvalent. Le premier est connu sous le nom masticateurs (un mot que nous utilisons généralement pour décrire la façon dont les animaux mastiquer les aliments). machines à mastiquer « mâchent » caoutchouc brut en utilisant des rouleaux mécaniques et presses pour le rendre plus souple, plus facile à travailler, et plus collante. Après que le caoutchouc a été mâchée, les ingrédients chimiques supplémentaires sont mélangés pour améliorer ses propriétés (par exemple, pour le rendre plus résistant à l'usure). Ensuite, le caoutchouc est écrasé par des rouleaux en forme (un processus appelé calandrage) ou pressé à travers des trous de forme spéciale pour rendre des tubes creux (un processus connu sous le nom d'extrusion). Enfin, le caoutchouc est vulcanisé (cuit): le soufre est ajouté et le caoutchouc est chauffé à environ 140 ° C (280 ° F).
Photo: En 1839, l'inventeur américain Charles Goodyear (1800-1860) a développé le procédé de vulcanisation (traitement thermique) qui rend le caoutchouc plus dur et plus durable. Il avait passé de nombreuses années comme l'inventeur du mal, essayant désespérément de transformer le caoutchouc en un produit utile, quand il est tombé accidentellement en caoutchouc sur un poêle chaud et il regardait lui-même « cuire » en une forme beaucoup plus utile: le matériau noir vulcanisé la plupart d'entre nous savent que le caoutchouc à ce jour. Malgré le développement de l'un des matériaux les plus utiles de tous les temps, Goodyear n'a jamais fait beaucoup d'argent de son invention et est mort profondément endetté. Heureusement, son nom vit dans le pneu Goodyear entreprise et sa superbe contribution à la technologie des matériaux n'a jamais été oublié. Photo gracieusement fournie par la Bibliothèque du Congrès américain.
D'où vient le caoutchouc?
Comme son nom l'indique, l'hévéa brasiliensis est originaire du Brésil, d'où il a été introduit dans ces pays d'Extrême-Orient comme la Malaisie, l'Indonésie, la Birmanie, le Cambodge, la Chine et le Vietnam. Pendant la Seconde Guerre mondiale, l'approvisionnement en caoutchouc naturel de ces nations ont été coupées juste au moment où il y avait une énorme demande de l'armée et qui a accéléré le développement des caoutchoucs synthétiques, notamment en Allemagne et aux États-Unis. Aujourd'hui, la plupart du caoutchouc naturel provient toujours de l'Extrême-Orient, tandis que la Russie et ses anciennes républiques, la France, l'Allemagne et les États-Unis sont parmi les principaux producteurs de caoutchouc synthétique du monde. la plus grande source de caoutchouc en latex est la seule Harbel caoutchouc Plantation près de Monrovia au Libéria, au monde établi dans les années 1920 et 1930 par la société de pneus Firestone.
Comment la vulcanisation du caoutchouc faire plus fort?
Caoutchouc le genre que vous obtenez d'un arbre commence comme latex blanc et écoulement nasal. Même quand il est mis en un produit, ce à base de latex, le caoutchouc naturel est très squashy, assez mauvais, et pas très utile. Le genre de caoutchouc que vous voyez dans le monde autour de vous, dans des choses comme des pneus de voitures et de vélos, est vulcanisée: cuit avec du soufre (et souvent d'autres additifs) pour le rendre plus dur, plus fort et plus durable.
Alors, quelle est la différence entre les premières, le caoutchouc de latex et cuit, le caoutchouc vulcanisé? Dans son état naturel, les molécules de caoutchouc sont de longues chaînes qui sont enchevêtrées et seulement faiblement liées entre elles. Il est relativement facile de les séparer et qui est la raison pour laquelle le caoutchouc de latex est si extensible et élastique. Lorsque le latex est vulcanisé, les atomes de soufre ajoutée aident à former des liaisons supplémentaires entre les molécules de caoutchouc, qui sont connus en tant que liaisons transversales. Ceux-ci fonctionnent un peu comme les fermes que vous voyez sur un pont, attacher les molécules ensemble et ce qui les rend beaucoup plus difficiles à séparer.
Oeuvre: Top: naturel, le caoutchouc latex est facile à séparer du fait que les longues molécules de polymère qu'il contient (fabriqués à partir des atomes de carbone et d'hydrogène) sont seulement faiblement liées entre elles. En bas: Lorsque le caoutchouc naturel est cuit avec du soufre, les atomes de soufre forment des liaisons transversales supplémentaires (indiqués ici sous forme de barres jaunes) « boulonnage » les molécules ensemble et en les rendant beaucoup plus difficile à séparer. Ce processus est appelé vulcanisation et il rend le solide, durable, caoutchouc noir que nous voyons sur des choses comme des pneus de voiture.
Que faisons-nous caoutchouc?
Photo: Trois usages quotidiens de caoutchouc. Top: Une gomme à crayon de latex; Moyen: la courroie d'entraînement en caoutchouc vulcanisé dur à partir d'un aspirateur; En bas: le joint en caoutchouc étanche à l'eau qui scelle une porte de la machine à laver serré.
Les propriétés physiques et chimiques d'un matériau dicter ce que nous utilisons. Même si vous ne savez absolument rien sur le monde réel utilise du caoutchouc, vous pouvez probablement faire quelques très bons suppositions. Par exemple, tout le monde connaît le caoutchouc est solide, extensible, flexible (élastique), durable et imperméable à l'eau, il est donc pas surprenant de trouver utilisé dans des choses comme des vêtements imperméables et bottes en caoutchouc, pansements adhésifs et colles.
L'utilisation la plus importante de caoutchouc est dans les pneumatiques du véhicule; environ la moitié de caoutchouc du monde finit enroulé autour des roues des voitures, des vélos. et camions! Vous trouverez caoutchouc dans les durs vulcanisé outsides noir des pneus et (où ils en ont) dans leurs chambres à air et doublures. Les parties intérieures de caoutchouc de pneumatiques sont généralement fabriqués à partir d'un peu différent, très flexible butyle, qui est très imperméable aux gaz (les pièges très efficacement), de sorte que les pneumatiques (en général) restent gonflés pendant de longues périodes de temps.
Le fait que le caoutchouc peut être soit doux ou dur augmente considérablement la gamme de choses que nous pouvons l'utiliser pour. latex souple et extensible est utilisé dans toutes sortes de choses de tous les jours, de crayons, gommes à effacer des ballons d'anniversaire, et des préservatifs aux gants de protection, des adhésifs (comme collant blanc PVA), et les peintures. caoutchoucs plus durs sont nécessaires pour des applications plus sévères comme des membranes de toiture, revêtements imperméables à l'eau de butyle dans les bassins de jardin, et les bateaux gonflables rigides (RIB) utilisés par les plongeurs. Étant donné que le caoutchouc est solide, flexible, et un très mauvais conducteur de la chaleur et de l'électricité, il est souvent utilisé en tant que solide, mince, la matière de gainage pour des câbles électriques, des câbles à fibres optiques. et caloducs. Mais la gamme d'applications est très vaste: vous trouverez dans tout des cœurs artificiels (dans les membranes en caoutchouc qui pompe le sang) aux joints d'étanchéité qui scellent les portes sur les machines à laver!
Néoprène (polychloroprène) est le plus connu comme le revêtement, extérieur isolant thermique de wetsuits mais cela a beaucoup plus d'applications que la plupart des gens sont au courant. supports médicaux de divers types utilisent parce que, bien équipé, il se comprime et se réchauffe morceaux blessés de votre corps, favorisant une guérison plus rapide. Comme il est souple et imperméable à l'eau, il est aussi largement utilisé comme matériau de construction, par exemple, comme un produit d'étanchéité sur le toit et le plancher, et comme un absorbeur spongieuse du son et des vibrations dans les garnitures de portes et fenêtres.
Photo: La moitié de caoutchouc est utilisé dans les pneus de véhicules, et des centaines de millions sont gaspillés chaque année. Je l'ai fait une différence très légère au problème en achetant ce tapis de souris en caoutchouc recyclé, fabriqué à partir d'un vieux pneu de voiture. Il est de couleur noire parce qu'il est fabriqué à partir de caoutchouc vulcanisé dur.