Mówiąc potocznie, termin "guma" może odnosić się do wielu różnych rzeczy. Na rynku mamy opony, gumki do ścierania, gumy arabskie i gumy do żucia. Ogólnie rzecz biorąc, guma jest substancją, która znajduje zastosowanie w szerokiej gamie produktów - od Materiał podkładki i czepki pływackie do gumowych węży, uszczelek, piór wycieraczek, gumowych arkuszy i gumowych wykładzin podłogowych.

Kauczuk jest znany i powszechnie stosowany przez ludzi od ponad 1000 lat. W przeszłości produkty gumowe były wytwarzane z naturalnie występujących materiałów. Obecnie zdecydowana większość produktów gumowych, z którymi mamy do czynienia, jest wytwarzana z kauczuku syntetycznego, produkowanego w zakładach chemicznych. Głównym tego powodem jest fakt, że popyt na kauczuk naturalny znacznie przewyższa możliwości jego pozyskania lub, jak twierdzą niektórzy, wyprodukowania. Nieustannie wysoki popyt na kauczuk wynika z jego fantastycznie wszechstronnej i użytecznej natury! Zapraszamy do zapoznania się z jedną z najbardziej fascynujących substancji na świecie.

Czym jest guma?

Ludzie rzadko określają, do jakiego rodzaju gumy odnoszą się, gdy używają tego terminu. Istnieje szerokie spektrum różnych rodzajów gumy. Podstawowym i podstawowym podziałem jest podział na dwa główne typy: kauczuk naturalny (pochodzenia roślinnego) i kauczuk syntetyczny (elastomer wytwarzany sztucznie w laboratorium). W handlu najpopularniejszymi rodzajami gumy są kauczuk butadienowo-styrenowy, poliakrylany, polioctany winylu (PVA), chlorki winylu (PVC) i polichloropren (lepiej znany jako neopren). Pomimo tego, że kauczuki naturalne i syntetyczne są bardzo podobne pod względem wyglądu, różnią się one pod względem chemicznym i są produktami zupełnie innych procesów produkcyjnych.

Kauczuk naturalny

Kauczuk naturalny pozyskiwany jest z białego, mlecznego płynu znanego jako lateks, który zbierany jest z niektórych rodzajów roślin po ich nacięciu. Na przykład, mniszek lekarski wytwarza niewielkie ilości lateksu, gdy jego łodygi są łamane, z którego teoretycznie można by pozyskiwać kauczuk naturalny - choć proces ten byłby bardzo nieefektywny, ponieważ wymagałby wyhodowania ogromnej liczby mniszków lekarskich w celu uzyskania niewielkiej ilości kauczuku. Chociaż ludzie znają 200 różnych gatunków roślin wytwarzających lateks, 99 procent światowej produkcji kauczuku naturalnego pochodzi z lateksu gatunku drzewa znanego jako kauczukowiec brazylijski (Hevea brasiliensis).

Materiał podkładki pod mysz

Lateks z tego drzewa składa się w jednej trzeciej z wody i w jednej trzeciej z cząsteczek gumy w koloidalnej zawiesinie. Kauczuk naturalny jest polimerem izoprenowym o wzorze chemicznym C5H8. Mówiąc prościej, składa się z wielu tysięcy jednostek C5H8 (monomeru izoprenowego), które tworzą długie splątane łańcuchy. Te łańcuchy molekularne można łatwo rozciągać i rozplątywać, ale również łatwo powracają one do swojego pierwotnego kształtu. Ta właściwość sprawia, że guma jest elastyczna.

Kauczuk syntetyczny

Kauczuki syntetyczne są produkowane w zakładach chemicznych, z wykorzystaniem substancji ropopochodnych jako bazy. Jednym z najbardziej znanych i wciąż najpopularniejszych rodzajów jest neopren (nazwa handlowa polichloroprenu), który powstaje w wyniku reakcji acetylenu i kwasu solnego. Innym bardzo popularnym rodzajem kauczuku syntetycznego jest kauczuk butadienowo-styrenowy (SBR), z którego produkowane są płyty gumowe dostępne w naszym sklepie.

Jak powstaje guma?

W 1839 roku amerykański wynalazca Charles Goodyear opracował proces wulkanizacji (obróbki cieplnej), który utwardza i wzmacnia gumę. Spędził on wiele czasu badając, jak przekształcić naturalną gumę w użyteczny produkt. Jego odkrycie było nieco przypadkowe. Kiedy przypadkowo upuścił kawałek gumy na gorący piec, zaczęła ona przekształcać się w czarną, zwulkanizowaną formę, bardziej podobną do gumy, którą powszechnie znamy dzisiaj. Chociaż udało mu się wynaleźć jeden z najbardziej użytecznych materiałów, Goodyear nigdy nie wzbogacił się znacząco na swoim odkryciu i zmarł w obliczu trudności finansowych. Jego nazwisko żyje jednak dzięki popularnej firmie oponiarskiej nazwanej na jego cześć, doceniającej jego pracę i wielkie osiągnięcia.

Produkcja gumy z kauczuku naturalnego składa się z kilku różnych procesów. Pierwszym z nich jest pozyskiwanie lateksu z drzew kauczukowych. Polega to na wykonaniu serii nacięć w korze drzewa w kształcie litery V, z których wycieka lateks. Jest on zbierany do pojemników przymocowanych do pnia. Lateks zebrany z wielu drzew jest następnie mieszany i płukany kwasem w celu uzyskania koagulacji (zbrylenia cząstek). Wytworzona w ten sposób guma jest następnie formowana w bloki lub arkusze i suszona przed dalszym przetwarzaniem.

Kauczuk uzyskany w ten sposób to surowa guma, która sama w sobie nie jest zbyt cenna. Kruszy się w niższych temperaturach, wydziela nieprzyjemny zapach i staje się lepka w wyższych temperaturach. W związku z tym konieczne jest dalsze przetwarzanie w celu poprawy jego właściwości. Pierwszym procesem jest mastykacja, która polega na mechanicznej obróbce gumy za pomocą pras lub walców w celu jej uplastycznienia i zmiękczenia. Po mastykacji do gumy dodawane są chemiczne ulepszacze (poprawiające właściwości, takie jak odporność na starzenie). Następnie guma poddawana jest kalandrowaniu - procesowi wielokrotnego kształtowania gumy za pomocą zestawów rolek, pod których naciskiem ulega ona uplastycznieniu. Ostatnim etapem procesu jest wulkanizacja - dodawana jest siarka, a guma podgrzewana jest do około 140 stopni Celsjusza.

Skąd się bierze guma?

Jak sama nazwa wskazuje, drzewo kauczukowe Hevea brasiliensis pochodzi z Brazylii, skąd jego sadzonki zostały zabrane i przywiezione do krajów Dalekiego Wschodu, takich jak Malezja, Indonezja, Birma, Kambodża, Chiny i Wietnam. Region Azji Południowo-Wschodniej tradycyjnie pozostaje największym producentem kauczuku naturalnego. Podczas II wojny światowej dostawy kauczuku z tej części świata na Zachód były ograniczone, a zapotrzebowanie na produkty gumowe dla wojska było bardzo wysokie. To znacznie przyspieszyło prace nad kauczukiem syntetycznym w Niemczech i Stanach Zjednoczonych. Obecnie większość kauczuku naturalnego nadal pochodzi z krajów Dalekiego Wschodu, podczas gdy Francja, Niemcy i Rosja przodują w produkcji kauczuku syntetycznego. Największą na świecie plantacją kauczuku naturalnego jest plantacja Harbel w pobliżu Monrowii w Liberii, założona w 1926 roku przez założyciela firmy Firestone, Harveya S. Firestone'a i jego żonę Isabellę Bell.

Jak wulkanizacja wzmacnia gumę?

Kauczuk w formie otrzymywanej z drzewa jest bardzo płynnym lateksem. Nawet po pewnym czasie kauczuk naturalny krzepnie; jest gąbczasty, ma nieprzyjemny zapach i nie jest szczególnie użyteczny. Jednak guma, którą spotykamy w produktach takich jak opony, uszczelki, maty czy arkusze gumy, to guma wulkanizowana - gotowana z siarką i innymi dodatkami, dzięki czemu jest twardsza, mocniejsza i bardziej odporna na starzenie.

Co powoduje takie różnice między gumą surową a wulkanizowaną? W stanie surowym guma składa się z cząsteczek w długich, bardzo luźno i słabo połączonych łańcuchach. Stosunkowo łatwo jest je rozciągnąć i rozdzielić - dlatego lateks jest tak elastyczny. Podczas wulkanizacji dodatkowe atomy siarki pomagają tworzyć wiązania między cząsteczkami gumy, proces znany jako sieciowanie. Wiązania te działają jak kratownice na moście - usztywniając i wzmacniając strukturę molekularną gumy.

Do czego używamy gumy?

Właściwości fizyczne i chemiczne materiału przekładają się na to, jak go wykorzystujemy. Nawet gdybyśmy nie znali procesu produkcji gumy, biorąc pod uwagę jej właściwości, moglibyśmy wymyślić jej zastosowania. Każdy wie, że guma jest mocna, rozciągliwa, elastyczna, trwała i wodoodporna. Nic więc dziwnego, że wykorzystuje się ją do produkcji podkładek pod mysz, wodoodpornej odzieży, butów, węży hydraulicznych czy uszczelek.

Najpopularniejszym zastosowaniem gumy jest przemysł oponiarski. Około połowa światowej produkcji gumy wykorzystywana jest do produkcji opon do samochodów osobowych i ciężarowych. Guma jest używana zarówno do produkcji twardych opon zewnętrznych, jak i dętek wewnątrz nich. Dętki wykonane są z nieco innego materiału - kauczuku butylowego, który jest wysoce nieprzepuszczalny i skutecznie zatrzymuje gazy. Dzięki temu opony do samochodów ciężarowych pozostają napompowane przez długi czas.

Z czego wykonane są podkładki pod mysz?

Możliwość uzyskania zarówno twardej, jak i miękkiej gumy znacznie rozszerza zakres jej potencjalnych zastosowań. Miękki i elastyczny lateks jest wykorzystywany w szerokiej gamie produktów codziennego użytku, od maty na biurko,podkładka pod mysz z cyckiemod gumek i balonów po prezerwatywy i rękawice ochronne.

Twarda guma jest używana do bardziej wymagających zastosowań, takich jak membrany dachowe, wykładziny ścieżek ogrodowych i stawów lub produkcja nadmuchiwanych łodzi. Ponieważ guma jest elastycznym i mocnym materiałem, ale także bardzo słabym przewodnikiem o dobrych właściwościach termoizolacyjnych, arkusze gumowe są często używane jako solidny, ale cienki materiał ochronny dla kabli, światłowodów i rur cieplnych. Arkusze gumowe EPDM, odporne na warunki atmosferyczne, są również stosowane jako materiał budowlany, taki jak gumowe podkładki pod tarasami lub izolacja poddasza. Arkusze gumowe są również doskonałym materiałem wygłuszającym.

Globalny apetyt na kauczuk jest ogromny. Jednocześnie świat nadal produkuje wiele odpadów gumowych, co stanowi zagrożenie ekologiczne. Dużą ich część stanowią zużyte opony samochodowe, które same w sobie stają się ważnym surowcem. Niektóre zużyte opony są ponownie bieżnikowane, zwłaszcza opony do samochodów ciężarowych i innych pojazdów. Inna część jest mielona na drobne granulki, które są prasowane w arkusze granulatu gumowego. Arkusze te są wykorzystywane jako podłogi w obiektach takich jak bezpieczne place zabaw. Niestety, ponad połowa zużytych opon nadal trafia na wysypiska śmieci. Producenci gumy nieustannie pracują nad nowymi metodami recyklingu opon. Coraz częściej stare opony znajdują nowe życie jako podeszwy butów lub inne gumowe elementy samochodów.

Kilka historycznych faktów na temat gumy

• 1000 P.N.E: Rdzenni mieszkańcy Ameryki Środkowej i Południowej nauczyli się wytwarzać wodoodporną odzież, impregnując ją lateksem z drzew kauczukowych.
• 1731: Podczas wyprawy do Ameryki Południowej francuski podróżnik Charles Marie de La Condamine wysyła próbki kauczuku do Europy, wzbudzając zainteresowanie naukowców.
• 1770: Angielski naukowiec Joseph Priestley, który odkrył tlen, odkrywa, że kawałek gumki może wymazać ślady ołówka z papieru, stąd gumka.
• 1791: Anglik Samuel Peal opracowuje metodę impregnacji tkanin roztworem gumy.
• 1818: Szkocki student medycyny James Syme wykorzystuje gumowaną tkaninę do produkcji płaszczy przeciwdeszczowych.
• 1823: Szkot Charles Macintosh dowiaduje się o pracy Jamesa Syme'a, udoskonala ją i patentuje, zyskując sławę i fortunę dzięki popularności gumowych płaszczy przeciwdeszczowych.
• 1839: Amerykański wynalazca Charles Goodyear przypadkowo odkrywa wulkanizację kauczuku, inicjując prace nad nowymi rodzajami gumy.
• 1909: Niemiecki naukowiec Fritz Hofmann opracowuje pierwszą syntetyczną gumę.
• 1912: Amerykański chemik i laureat Nagrody Nobla Wallace Hume Carothers, znany ze swojego wkładu w wynalezienie nylonu, patentuje syntetyczny kauczuk neopren (polichloropren).

To tylko kilka faktów, ale powinny one dać ci wyobrażenie o tym, jak bogata i rozległa jest historia produkcji gumy. Mamy nadzieję, że ta krótka historia i przegląd rodzajów gumy, procesów produkcyjnych i właściwości były przydatne i interesujące. Być może teraz docenisz wkład tego naturalnego, ale zaawansowanego produktu syntezy chemicznej w różnych gałęziach przemysłu i naszym codziennym życiu.