Википедија

Вулканизација

Вулканизација је хемијски процес спајања каучука и сумпора[1] при чему се ланчасти молекули каучука повезују у тродимензионалну просторно мрежасту структуру, што има за последицу измену физичко-механичких својстава.[2] Производ добијен вулканизацијом зовемо гума или вулканизат, који за разлику од смесе има велику еластичност, јачину на кидање, отпорност према трошењу, нерастворљивост у органским растварачима и друго.[3][4] Вулканизација се може дефинисати као очвршћавање еластомера, при чему се термини 'вулканизација' и 'очвршћавање' понекад користе наизменично у овом контексту. Делује тако што формира попречне везе између делова полимерног ланца што резултира повећаном крутошћу и издржљивошћу, као и другим променама у механичким и електричним својствима материјала.[5] Вулканизација, као и очвршћавање других термореактивних полимера, је генерално неповратна.

Радник ставља гуму у калуп пре вулканизације.
Гумена лопта добијена процесом вулканизације
Шематски приказ два ланца (плаво и зелено) каучука након вулканизације елементарним сумпором.

После проналаска мастикације каучука, најзначајнији даљи напредак је откриће вулканизације. У Америци је Чарлс Гудјир 1839. године применио сумпор као пунило, а нешто касније је установио да загревањем смесе каучука и сумпора настаје нова смеса са измењеним својствима. Научник Ханкок патентирао је 1843. године поступак вулканизације каучука урањањем у растопљени сумпор. Ова открића називамо топлом вулканизацијом, а омогућила су даљи напредак гумарске технике.

Најмања количина сумпора и каучука која показује измену својстава при вулканизацији износи 0,1 до 0,15%. Гума са малим садржајем везаног сумпора има велико истезање и врло малу тврдоћу. Највећа количина сумпора са којом се каучук може спојити износи 32%. У таквом случају све двоструке везе у каучуку ступиле су у хемијску реакцију са сумпором, па је и мрежа најгушћа. Покретљивост молекула у гуми је незнатна, а тврдоћа највећа. Такву гуму називамо ебонит или тврда гума.

Што је температура вулканизације виша то је и брзина спајања каучука са сумпором већа. Ипак у том погледу постоје ограничења, јер при врло високим температурама долази до опадања физичко-механичких својстава, слабљења текстила, мењање боје, неједнаке вулканизације кроз цели пресек производа итд. Стога вулканизацију изводимо најчешће у границама између 130 до 150 °C, будући да при томе постижемо најбољи квалитет вулканизата и повољну економичност.

Распаднути пнеуматик за аутобус

Природна вс вулканизована гума уреди

Природна гума је лепљива, лако се деформише кад је топла, а крта је кад је хладна. У таквом стању, она је слаб материјал кад је висок ниво еластичности потребан. Разлог за нееластичне деформације невулканизоване гуме се може наћи у њеној хемијској структури. Гума се састоји од дугих полимерних ланаца. Ти ланци се могу независно покретати релативно један на другог, што омогућава материјалу да промени облик. Умрежавање уведено вулканизацијом спречава полимерне ланце да се независно крећу. Као резултат тога, кад се сила примени на вулканизовану гуму она се деформише, али се након престанка дејства силе, враћа у оригинални облик.

Историја уреди

Латексна гума је била позната хиљадама година у мезоамеричким културама, где је коришћена за прављење лоптица, ђонова за сандале, гумених трака и водоотпорних контејнера. Гума је прерађивана за специфичне примене у царству Астека — производи од гуме и латекса су прерађивани и конструисани, а затим отпремани у престоницу за употребу или даљу дистрибуцију.[6]

Ране гуме са гуменим цевима у 19. веку постале би лепљиве на врелом путу, све док се крхотине не би заглавиле у њима и на крају би гуме пукле.

Чарлс Гудјир је 1830-их радио на побољшању тих ваздушних гума.[7][8] Покушао је да загреје гуму како би са њом помешао друге хемикалије. Постојале су индикације да то стврднајва и побољшава гуму, иако је то било због самог загревања, а не коришћених хемикалија. Не схватајући то, он се више пута сусрео са неуспесима када његове најављене формуле очвршћавања нису доследно функционисале. Једног дана 1839. године, када је покушавао да помеша гуму са сумпором, Гудијер је случајно испустио смешу у врели тигањ. На његово запрепашћење, уместо да се даље топи или испари, гума је остала чврста, а како је он повећавао топлоту, гума је постајала тврђа. Гудјир је брзо разрадио конзистентан систем за ово очвршћавање, које је назвао вулканизацијом због топлоте. Исте године је добио патент и до 1844. године је производио гуму у индустријским размерама.[9]

Примене уреди

Постоји много употреба за вулканизоване материјале, од којих су неки примери гумена црева, ђонови за ципеле, играчке, гумице, амортизери, транспортне траке,[10] носачи/пригушивачи вибрација, изолациони материјали, гуме и кугле за куглање.[11] Већина гумених производа је вулканизирана, јер то значајно продужава њихов животни век, функцију и снагу.

Преглед уреди

За разлику од термопластичних процеса (процес растапања-замрзавања који карактерише понашање већине савремених полимера), вулканизација је, као и очвршћавање других термореактивних полимера, генерално неповратна. У уобичајеној употреби је пет типова система за очвршћавање:

  • Сумпорни системи
  • Пероксиди
  • Метални оксиди
  • Ацетоксисилан
  • Уретански умреживачи

Вулканизација сумпором уреди

Главни чланак: Сумпорна вулканизација

Најчешћи методи вулканизације зависе од сумпора. Сумпор је сам по себи споро вулканизирајуће средство и не вулканизује синтетичке полиолефине. Убрзана вулканизација се спроводи коришћењем различитих једињења која модификују кинетику умрежавања;[12] ова смеша се често назива пакетом за очвршћавање. Главни полимери који су подвргнути сумпорној вулканизацији су полиизопрен (природни каучук) и стирен-бутадиенска гума (СБР), који се користе за већину гума за улична возила. Пакет за очвршћавање је прилагођен посебно за подлогу и апликацију. Реактивна места — места излечења — су алилни атоми водоника. Ове C-Х везе су суседне двоструким везама угљеник-угљеник. Током вулканизације, неке од ових C-Х веза су замењене ланцима атома сумпора који се повезују са местом очвршћавања другог полимерног ланца. Ови мостови садрже између једног и више атома. Број атома сумпора у унакрсној вези снажно утиче на физичка својства коначног гуменог производа. Кратке попречне везе дају гуми бољу отпорност на топлоту. Унакрсне везе са већим бројем атома сумпора дају гуми добре динамичке особине, али мању отпорност на топлоту. Динамичка својства су важна за покрете савијања гуменог производа, на пример, кретање бочне стране гуме. Без добрих особина савијања, ови покрети брзо формирају пукотине и на крају ће довести до раскидања гуменог производа.

Вулцанизатион оф полyцхлоропрене уреди

Тхе вулцанизатион оф неопрене ор полyцхлоропрене руббер (ЦР руббер) ис царриед оут усинг метал оxидес (специфицаллy МгО анд ЗнО, сометимес Пб3О4) ратхер тхан сулфур цомпоундс wхицх аре пресентлy усед wитх манy натурал анд сyнтхетиц рубберс. Ин аддитион, бецаусе оф вариоус процессинг фацторс (принципаллy сцорцх, тхис беинг тхе прематуре цросс-линкинг оф рубберс дуе то тхе инфлуенце оф хеат), тхе цхоице оф аццелератор ис говернед бy дифферент рулес то отхер диене рубберс. Мост цонвентионаллy усед аццелераторс аре проблематиц wхен ЦР рубберс аре цуред анд тхе мост импортант аццелерант хас беен фоунд то бе етхyлене тхиоуреа (ЕТУ), wхицх, алтхоугх беинг ан еxцеллент анд провен аццелератор фор полyцхлоропрене, хас беен цлассифиед ас репротоxиц. Тхе Еуропеан руббер индустрy хас стартед а ресеарцх пројецт СафеРуббер[13] то девелоп а сафер алтернативе то тхе усе оф ЕТУ.

Вулканизација силикона уреди

 
Пример тастатуре од силиконске гуме типичне за ЛСР (течна силиконска гума) калупљење

Вулканизирајући силикон на собној температури (РТВ) је направљен од реактивних полимера на бази уља у комбинацији са минералним пунилима за јачање. Постоје две врсте вулканизирајућег силикона на собној температури:

  • РТВ-1 (једнокомпонентни системи); стврдњава се услед дејства атмосферске влаге, катализатора и ацетоксисилана. Ацетоксисилан, када је изложен влажним условима, формира сирћетну киселину.[14] Процес очвршћавања почиње на спољашњој површини и напредује до њеног језгра. Производ је упакован у херметички затворене патроне и налази се или у течном или у облику пасте. РТВ-1 силикон има добре карактеристике пријањања, еластичности и издржљивости. Тврдоћа по Шору може да варира између 18 и 60. Издужење на прекиду може да се креће од 150% до 700%. Имају одличну отпорност на старење због врхунске отпорности на УВ зрачење и временске услове.
  • РТВ-2 (двокомпонентни системи); двокомпонентни производи који, када се помешају, очвршћавају на собној температури у чврсти еластомер, гел или флексибилну пену. РТВ-2 остаје флексибилан од −80 до 250 °Ц (−112 до 482 °Ф). До распадања долази на температурама изнад 350 °Ц (662 °Ф), остављајући инертни талог силицијум диоксида који није запаљив и не гори. Могу се користити за електричну изолацију због својих диелектричних својстава. Механичка својства су задовољавајућа. РТВ-2 се користи за израду флексибилних калупа, као и многих техничких делова за индустрију и парамедицинску примену.

Референце уреди

  1. ^ Мишић, Милан, ур. (2005). Енциклопедија Британика. В-Ђ. Београд: Народна књига : Политика. стр. 82. ИСБН 86-331-2112-3. 
  2. ^ Акиба, M (1997). „Вулцанизатион анд цросслинкинг ин еластомерс”. Прогресс ин Полyмер Сциенце. 22 (3): 475—521. дои:10.1016/С0079-6700(96)00015-9. 
  3. ^ Хорват, Звонимир, Технологија гуме, Удружење предузећа за индустрију гуме ФНРЈ, Београд, 1960.
  4. ^ Јамес Е. Марк, Бурак Ерман (едс.) (2005). Сциенце анд тецхнологy оф руббер. стр. 768. ИСБН 0-12-464786-3. 
  5. ^ Јамес Е. Марк, Бурак Ерман (едс.) (2005). Сциенце анд тецхнологy оф руббер. стр. 768. ИСБН 0-12-464786-3. 
  6. ^ Тарканиан, M., & Хослер, D. (2011). Америца’с Фирст Полyмер Сциентистс: Руббер Процессинг, Усе анд Транспорт ин Месоамерица. Латин Америцан Антиqуитy, 22(4), 469-486. . дои:10.7183/1045-6635.22.4.469.  Недостаје или је празан параметар |титле= (помоћ)
  7. ^ Зумдахл, Стевен; Зумдахл, Сусан (2014). Цхемистрy (Нинтх изд.). Белмонт, Цалифорниа: Броокес Цоле/Ценгаге Леарнинг. ИСБН 978-1-133-61109-7. Приступљено 25. 10. 2014. „Хоwевер, ин 1839 Цхарлес Гоодyеар (1800–1860), ан Америцан цхемист,…” 
  8. ^ Хавен, Кендалл; Берг, Рони (1999). Тхе Сциенце анд Матх Боокмарк Боок:300 Фасцинатинг, Фацт-Филлед Боокмаркс. Енглеwоод, Цолорадо: Теацхер Идеас Пресс/Либрариес Унлимитед, Инц. ИСБН 1-56308-675-1. Приступљено 25. 10. 2014. „Фамоус Сциентистс: Цхарлес Гоодyеар, цхемист.” 
  9. ^ „Унитед Статес Патент Оффице” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 14. 7. 2015. г. 
  10. ^ „А Гуиде то тхе Усес анд Бенефитс оф Вулцанисед Руббер”. Мартинс Руббер (на језику: енглески). 2020-01-27. Приступљено 2021-06-16. 
  11. ^ „Вулцанизед Руббер” (на језику: енглески). Приступљено 2021-06-16. 
  12. ^ Ханс-Wилхелм Енгелс, Херрманн-Јосеф Wеиденхаупт, Манфред Пиеротх, Wернер Хофманн, Карл-Ханс Ментинг, Тхомас Мергенхаген, Ралф Сцхмолл, Стефан Ухрландт “Руббер, 4. Цхемицалс анд Аддитивес” ин Уллманн'с Енцyцлопедиа оф Индустриал Цхемистрy, 2004, Wилеy-ВЦХ, Wеинхеим. . дои:10.1002/14356007.а23_365.пуб2.  Недостаје или је празан параметар |титле= (помоћ)
  13. ^ СафеРуббер, ан алтернативе аццелератор то тхе девелопмент оф руббер
  14. ^ „МСДС фор ред РТВ-Силицоне” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 09. 10. 2011. г. Приступљено 24. 6. 2011. 

Литература уреди

  • Марy Јосепх, Ану; Георге, Беннy; Мадхусооданан, К. Н.; Алеx, Росамма (април 2015). „Цуррент статус оф сулпхур вулцанизатион анд девулцанизатион цхемистрy: Процесс оф вулцанизатион”. Руббер Сциенце. 28 (1): 82—121. 
  • Цоран, А. Y. (3. 1. 2003). „Цхемистрy оф тхе вулцанизатион анд протецтион оф еластомерс: А ревиеw оф тхе ацхиевементс”. Јоурнал оф Апплиед Полyмер Сциенце. 87 (1): 24—30. дои:10.1002/апп.11659. 
  • Насир, M.; Тех, Г.К. (јануар 1988). „Тхе еффецтс оф вариоус тyпес оф цросслинкс он тхе пхyсицал пропертиес оф натурал руббер”. Еуропеан Полyмер Јоурнал. 24 (8): 733—736. дои:10.1016/0014-3057(88)90007-9. 
  • Енгелс, Ханс-Wилхелм; Wеиденхаупт, Херрманн-Јосеф; Пиеротх, Манфред; Хофманн, Wернер; Ментинг, Карл-Ханс; Мергенхаген, Тхомас; Сцхмолл, Ралф; Ухрландт, Стефан (2011). Руббер, 9. Цхемицалс анд Аддитивес. Уллманн'с Енцyцлопедиа оф Индустриал Цхемистрy. ИСБН 978-3527306732. дои:10.1002/14356007.а23_365.пуб3. 
  • Апрем, Аби Сантхосх; Јосепх, Курувилла; Тхомас, Сабу (јул 2005). „Рецент Девелопментс ин Цросслинкинг оф Еластомерс”. Руббер Цхемистрy анд Тецхнологy. 78 (3): 458—488. дои:10.5254/1.3547892. 
  • Венабле, C. С.; Греене, C. D. (1. 4. 1922). „Солубилитy оф Сулфур ин Руббер”. Јоурнал оф Индустриал & Енгинееринг Цхемистрy. 14 (4): 319—320. дои:10.1021/ие50148а026. 
  • Гуо, Р.; Талма, А.Г.; Датта, Р.Н.; Диеркес, W.К.; Ноордермеер, Ј.W.M. „Солубилитy студy оф цуративес ин вариоус рубберс”. Еуропеан Полyмер Јоурнал. 44 (11): 3890—3893. дои:10.1016/ј.еурполyмј.2008.07.054. 
  • Хеwитт, Норман; Циулло, Петер А. (1999). „Цомпоундинг Материалс”. Тхе руббер формуларy . Ноyес Публицатионс. стр. 4–49. ИСБН 9780815514343. дои:10.1016/Б978-081551434-3.50003-8. 
  • Геер, W. C.; Бедфорд, C. W. (април 1925). „Тхе Хисторy оф Органиц Аццелераторс ин тхе Руббер Индустрy.”. Индустриал & Енгинееринг Цхемистрy. 17 (4): 393—396. дои:10.1021/ие50184а021. 
  • Wхитбy, Г. Стаффорд. (октобар 1923). „Аццелераторс оф Вулцанизатион.”. Индустриал & Енгинееринг Цхемистрy. 15 (10): 1005—1008. дои:10.1021/ие50166а007. 
  • Ковал', I V (1996). „Сyнтхесис анд апплицатион оф сулфенамидес”. Руссиан Цхемицал Ревиеwс. 65 (5): 421—440. Бибцоде:1996РуЦРв..65..421К. дои:10.1070/РЦ1996в065н05АБЕХ000218. 
  • Себреи, L. Б.; Боорд, C. Е. (октобар 1923). „1-Мерцаптобензотхиазоле анд Итс Деривативес ас Аццелераторс оф Руббер Вулцанизатион.”. Индустриал & Енгинееринг Цхемистрy. 15 (10): 1009—1014. дои:10.1021/ие50166а009. 
  • Ниеуwенхуизен, П. Ј.; Реедијк, Ј.; ван Дуин, M.; МцГилл, W. Ј. (јул 1997). „Тхиурам- анд Дитхиоцарбамате-Аццелератед Сулфур Вулцанизатион фром тхе Цхемист'с Перспецтиве; Метходс, Материалс анд Мецханисмс Ревиеwед”. Руббер Цхемистрy анд Тецхнологy. 70 (3): 368—429. дои:10.5254/1.3538436. 
  • Ниеуwенхуизен, Петер Ј.; Ехлерс, Андреас W.; Хаасноот, Јаап Г.; Јансе, Сандер Р.; Реедијк, Јан; Баерендс, Еверт Јан (јануар 1999). „Тхе Мецханисм оф Зинц(II)-Дитхиоцарбамате-Аццелератед Вулцанизатион Унцоверед; Тхеоретицал анд Еxпериментал Евиденце”. Јоурнал оф тхе Америцан Цхемицал Социетy. 121 (1): 163—168. дои:10.1021/ја982217н. 

Спољашње везе уреди

 
Вулканизација на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Vulkanizacija&oldid=27558375”