Kaucsuk

A kaucsukfa levelei

A kaucsuk elasztomer, a gumi legfontosabb alapanyaga. Már a kaucsuk is rugalmas bizonyos mértékben, de igazán rugalmassá a vulkanizálás során válik, amikor gumi képződik belőle.

A szó eredete

Közép- és dél-amerikai indiánok már Amerika felfedezése előtt készítettek tárgyakat kaucsukból. A kecsuák ca-huchunak nevezték, amely könnyező fát, fa könnyét jelent.

Előállítás

Előállítás szerint a kaucsukok két nagy csoportra oszthatók: természetes és műkaucsukokra. A világon évente nagyjából ugyanannyi természetes kaucsukot állítanak elő, mint műkaucsukot.

Természetes kaucsuk

Kaucsukfa csapolása Phuketen

Természetes kaucsukot próbáltak már előállítani többféle növény nedvéből, de a napjainkban gyártott mennyiség döntő része a kaucsukfából (hevea brasiliensis) készül. A kaucsukfa trópusi növény. 25°C-nál magasabb évi középhőmérsékletet és évi 1000-1500 mm csapadékot igényel – vagyis kb. az északi és a déli szélesség 15. foka között terem. A történelem folyamán mindig változott, hogy melyik országban állítottak elő több vagy kevesebb természetes kaucsukot. Előbb a vadon növő fákat használták, majd a XIX. században (ekkor kezdett fellendülni a gumiipar) Brazíliában jelentek meg az első kaucsukfa-ültetvények. Jelenleg a világon termelt kaucsuk 70%-át három ország adja: Thaiföld, Malajzia, Indonézia.

A kaucsukfa kb. 6 éves korában csapolható először. A fa kérgét átvágják, és edényt helyeznek el a bemetszés alá. A sűrű tejszerű lé, a természetes latex belefolyik az edénybe.

Koagulálószerekkel kicsapják a kaucsukot és eltávolítják a vizet. Az előállított kaucsuk tulajdonságai függenek a latextől és az alkalmazott gyártástechnológiától. A latex összetétele függ a talajtól, éghajlattól, agrotechnikai módszertől stb., és a kaucsuk előállítására is különféle módszerek használatosak.

A napjainkban termelt kaucsuknak még mindig csak mintegy felét adják az ültetvények (nagyüzemi gazdálkodás) – a felét kistermelők. Bár az utóbbi évtizedekben egyre jobban elterjedtek a termékszabványok, a természetes kaucsuk tulajdonságai még mindig messze nem olyan kiszámíthatók, mint a műkaucsukéi.

Latex, természetes kaucsuk, gumi

Műkaucsukok

Latex, természetes kaucsuk, gumi

A műkaucsukokat leggyakrabban diolefinek polimerizációjával állítják elő; monoolefin polimerizációjával készül például a fluorkaucsuk, kész polimer modifikációjával például a klórszulfonált polietilén. A kaucsukgyártás alapanyagait általában kőolajból és földgázból állítják elő.

A kaucsukok előállítási módszere nagyon sokféle lehet, így többé vagy kevésbé különbözik az összetételük is. A kaucsuk tulajdonságait először is a fő polimer határozza meg, de másodsorban módosíthatják a kisebb mennyiségben jelenlevő, a fő polimertől különféle mértékben eltérő egyéb polimerek is (pl. izomerek, elágazások, polimerizációfok stb.), harmadsorban pedig az egyéb anyagok is. Ezeket mind befolyásolják a felhasznált monomer tulajdonságai; hogy a polimerizáció oldatban vagy emulzióban zajlott-e; hidegen vagy melegen; milyen emulgeálószerekkel és katalizátorokkal; hogyan szabályozzák a polimerizációfokot stb.

Két különböző előállítási módszerrel jelentősen különböző felépítésű polimert kaphatunk akkor is (a monomerek eltérő egymáshoz kapcsolódása miatt), ha a kapott termékek a fő polimertől eltekintve ugyanolyan és ugyanannyi kis mennyiségben jelenlevő anyagot tartalmaznak.

A természetes kaucsuk összetétele

A kaucsukrész kb. 98,5% cisz-1,4-poliizoprént és 1,5% 3,4-poliizoprént tartalmaz. Ezenkívül tartalmazza azokat a szárazanyagokat, amelyeket a kiindulási latex.

A kaucsuk közepes molekulatömege kb. 1,3 millió. (A műkaucsukoké általában kicsit kisebb). A molekulatömeg-eloszlás görbéje viszonylag lapos. Érdekesség, hogy két, nem nagyon határozott maximuma van; egy félmillió és egy kétmillió környékén.

A kaucsuk tulajdonságai

A kaucsuk makromolekuláit első megközelítésben képzeljük el úgy, mint a cérnaszálakat. Egy-egy molekula moláris tömege általában százezres vagy milliós nagyságrendű. A molekulák polimerek; általában 1-2 fajta (a 3 már ritka) monomer polimerizálásával keletkeznek. A szomszédos molekulák közti kölcsönhatások viszonylag gyengék; gyengébbek, mint például a fehérjemolekulák esetében. A makromolekulák a konformációs mozgás következtében állandóan tekeregnek-csavarodnak, véletlenszerűen. Ha ilyenkor egy másik makromolekula (egy részletének) közelébe kerülnek, kölcsönhatásba lépnek vele. Ez a kölcsönhatás általában elég gyenge, és nem elég ahhoz, hogy ott tartsa, kristályba rendezze a makromolekula-szakaszokat. Vagyis a kaucsuk kristálytartalma kicsi. A műanyagokban a makromolekulák (vagy azok nagyobb szakaszai) általában rendezettebben helyezkednek el egymás mellett, közöttük erősebb a kölcsönhatás.

Nyújtáskor a kaucsukmolekulát kihúzzuk a szomszéd makromolekulák közül. A kaucsuk tehát folyadék, csak nagyon sűrű (viszkózus). Nem-newtoni folyadék, vagyis folyási (reológiai) tulajdonságai némiképpen eltérnek például a víz folyási tulajdonságaitól (többféle modell született a folyási tulajdonságok leírására, melyek többé-kevésbé leírják a kaucsuk viselkedését).

Az erő megszűntekor a kihúzott makromolekula nem megy vissza a helyére: a kaucsuk első megközelítésben nem rugalmas. Ha ennél közelebbről nézzük, akkor az egyenesre kihúzott molekula az erő megszűntekor „visszaráncosodik”; további rugalmasság származik abból, hogy a kaucsukmolekulák sosem teljesen egyenesek, hanem girbegurbák, elágaznak és egymásba gubancolódnak – azonban a maradó deformáció a vulkanizálatlan kaucsuk esetében mindig jóval nagyobb, mint a rugalmasan visszadeformálódott rész.

A természetes kaucsuk tulajdonságai

Bár a nem-kaucsuk komponensek részaránya kicsi, mégis jelentősen befolyásolják a természetes kaucsuk tulajdonságait. A fehérjék például hidrofil részecskék. Növelik a penészesedési hajlamot, csökkentik a természetes kaucsuk alapú gumik vízállóságát, növelik a kristályosodási hajlamot, különösen a gumitermék nyújtásakor. A fehérjemolekulák miatt erősebb a szomszédos molekulák közti kölcsönhatás. Ez már nyersen is nagyobb rugalmasságot kölcsönöz a kaucsuknak, mint pl. a szintetikus poliizoprén esetében. A gyanták és zsírszerű anyagok lágyítóként is működnek. A sokféle funkciós csoport miatt a természetes kaucsuk molekulái elágazóbbak, mint a szintetikus poliizoprén esetében. Az elágazások és a hosszabb molekulák miatt sok energiát igényel a megdolgozás, de a szilárdság is nagyobb. A természetes kaucsukból készült vulkanizátumok jó dinamikus tulajdonságokkal rendelkeznek (kis hiszterézis, csekély melegedés).

Olajokkal szemben nem ellenálló; benzinben például jól oldódik a természetes kaucsuk, és a vulkanizátumok is erősen duzzadnak.

A gyanták és a kis molekulák nem elhanyagolható aránya miatt jó a nyerstapadása és a nyersszilárdsága. A gyanták javítják az alaktartást.

A vulkanizáció sebessége viszonylag nagy (ebben része van a fehérjéknek és zsíroknak is), de a gumikeverék eléggé beégésveszélyes, és reverzióra is hajlamos a vulkanizátum.

Nem ellenálló az öregedéssel szemben (ebben közrejátszanak a természetes kaucsukban nyomokban megtalálható változó vegyértékű fémek is). Fáradási repedések is könnyen kialakulnak a vulkanizátumokban, de a nagy kristályosodási hajlam miatt a repedések továbbterjedési sebessége kicsi.

Üvegesedési hőmérséklete –73°C. –50°C és +20°C között nyújtás nélkül is kristályosodik, (leggyorsabban –25°C-on), ezért felhasználás előtt a természetes kaucsuk legtöbb fajtáját dekrisztallizálni kell. 50…70°C körüli hőmérsékletű meleg levegőt fújnak be a tárolóhelyiségbe (a kristályos rész olvadáspontja kb. 40°C), vagy mikrohullámokkal melegítik.

40 C-fokon kell tárolni, fénytől védendő, 280-300 °C körül kémiailag bomlik.

A természetes kaucsuk felhasználása

A természetes kaucsuk általános rendeltetésű kaucsuk, vagyis nagyon sokféle területen használható. Az előállított természetes kaucsuk kétharmadát azonban gumiabroncsgyártásra használják. Itt van szükség jó dinamikus tulajdonságokra (különösen a teherabroncsoknál, melyek vastagabb falú termékek, mint a személyabroncsok), nagy szakítószilárdságra és beszakítószilárdságra. A gumiabroncsok radializációja (a radiálabroncsok térhódítása a diagonálabroncsokkal szemben) is növeli a természetes kaucsuk felhasználást, mivel a radiálabroncs nem gyártható olyan gyenge nyersszilárdságú keverékekből, mint a diagonálabroncs.

A természetes kaucsukból számottevő mennyiséget használnak még a műszaki gumitermékek, a ragasztók és latexek előállításánál és a cipőgyártásban.

Kaucsukfajták

• természetes kaucsukok (NR)
• izoprénkaucsukok (IR)
• butadiénkaucsukok (BR)
• butadién-sztirol kaucsukok (SBR)
• butadién-nitril kaucsukok (NBR)
• kloroprénkaucsukok (CR)
• butilkaucsukok (IIR, CIIR, BIIR)
• etilén-propilén kaucsukok (EPM, EPDM)
• epiklórhidrin kaucsukok (CO, ECO, ETER)
• poliszulfid kaucsukok (TM)
• fluorkaucsukok (CFM, FPM)
• szilikonkaucsukok (Q)
• klórszulfonált polietilén (CSM)
• etilén-vinil-acetát kopolimer (EAM)
• uretánkaucsukok (U, AU, EU)
• polialkénamerEK (TPA, TOR)

Felhasznált források

• Gumiipari kézikönyv I-II. Főszerkesztő: dr. Bartha Zoltán. Budapest, Taurus-OMIKK, 1988-1989. ISBN 963-592-723-1
• Michelin Gumiabroncs kalauz, mely alapján készült a következő írás: http://www.vezess.hu/hirek/michelin_gumiabroncs/3817/
• Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов А.М. Общая технология резины. Химия, М.: 1978. (Koselev-Kornyev-Bukanov: Obscsaja tyehnologija rezini – A gumigyártás általános technológiája. Himija, Moszkva, 1978.)
• http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/100009.shtm

Lásd még a Wikipédiában

• Latex
• Gumi
• Gumigyártás
• Gumiabroncsgyártás