Vulkanisierung oder vulcanisation sind ein chemischer Prozess, um zusammenhängende oder Gummipolymer in haltbarere Materialien über die Hinzufügung des Schwefels oder der anderen gleichwertigen "Heilmittel" umzuwandeln. Diese Zusätze modifizieren das Polymer durch das Formen crosslinks (Brücken) zwischen individuellen Polymer-Ketten. Vulkanisierte Materialien sind weniger klebrig und haben höhere mechanische Eigenschaften. Eine riesengroße Reihe von Produkten wird mit vulkanisiertem Gummi einschließlich Reifen, Schuh soles, Schläuche und Hockeypucks gemacht. Der Prozess wird nach Vulcanus, römischem Gott des Feuers genannt. Hart wird vulkanisierter Gummi manchmal unter dem Markenname-Hartgummi oder Hartgummi verkauft und wird verwendet, um harte Sachen wie bowlende Bälle und Saxofon-Mund-Stücke zu machen.

Natürlich gegen vulkanisierten Gummi

Ungeheilter natürlicher Gummi ist klebrig, deformiert leicht wenn warm, und ist wenn Kälte spröde. In diesem Staat ist es ein schlechtes Material, wenn ein hohes Niveau der Elastizität erforderlich ist. Der Grund für die unelastische Deformierung von unvulkanisiertem Gummi kann in seiner chemischen Struktur gefunden werden: Gummi wird aus langen Polymer-Ketten zusammengesetzt. Diese Ketten können sich unabhängig hinsichtlich einander bewegen, der die materielle Änderung sich formen lässt. Durch die Vulkanisierung eingeführter Crosslinking hält die Polymer-Ketten davon ab, sich unabhängig zu bewegen. Infolgedessen, wenn Betonung angewandt wird, deformiert der vulkanisierte Gummi, aber nach der Ausgabe der Betonung kehrt der Artikel zu seiner ursprünglichen Gestalt zurück.

Prozess

Vulkanisierung ist allgemein irreversibel, anderem thermosets und im Gegensatz zu thermoplastischen Prozessen ähnlich (der Schmelzen-Stopp-Prozess), die das Verhalten von den meisten modernen Polymern charakterisieren. Die Quer-Verbindung wird gewöhnlich mit dem Schwefel getan, aber andere Technologien sind einschließlich Peroxyd-basierter Systeme bekannt.

Die der Vulkanisierung unterworfenen Hauptpolymer sind Polyisopren (natürlicher Gummi) und Gummi des Styrols-butadiene (SBR), die für die meisten Personenreifen verwendet werden. Das "Heilmittel-Paket" wird spezifisch für das Substrat und die Anwendung angepasst. Die reaktiven Seiten - "Heilmittel-Seiten" - sind allylic Wasserstoffatome. Diese C-H Obligationen sind neben Doppelbindungen des Kohlenstoff-Kohlenstoff. Während der Vulkanisierung werden einige dieser C-H Obligationen durch Ketten von Schwefel-Atomen ersetzt, die sich mit einer Heilmittel-Seite einer anderen Polymer-Kette verbinden. Diese Brücken enthalten zwischen einem und acht Atomen. Die Zahl von Schwefel-Atomen im crosslink beeinflusst stark die physikalischen Eigenschaften des Endgummiartikels. Kurze crosslinks geben den Gummi besser heizen Widerstand. Crosslinks mit der höheren Zahl von Schwefel-Atomen geben die dynamischen guten Gummieigenschaften, aber mit dem kleineren Hitzewiderstand. Dynamische Eigenschaften sind wichtig, um Bewegungen des Gummiartikels, z.B, die Bewegung einer Flanke eines laufenden Reifens zu beugen. Ohne gute Biegen-Eigenschaften bilden diese Bewegungen schnell Spalten und lassen schließlich den Gummiartikel scheitern.

Vulkanisierungsmethoden

Eine Vielfalt von Methoden besteht für die Vulkanisierung. Die wirtschaftlich wichtigste Methode (Vulkanisierung von Reifen) verwendet Hochdruck und Temperatur. Eine typische Vulkanisierungstemperatur für einen Personenreifen ist 10 Minuten an 170 °C. Dieser Typ der Vulkanisierung wird Kompressionszierleiste genannt. Der Gummiartikel ist beabsichtigt, um die Gestalt der Form anzunehmen. Andere Methoden, um zum Beispiel Tür-Profile für Autos zu machen, verwenden heiße Luftvulkanisierung, oder Mikrowelle hat Vulkanisierung (beide dauernden Prozesse) geheizt.

Sechs Typen, Systeme zu heilen, sind in der üblichen Anwendung. Sie sind:

1. Schwefel-Systeme
2. Peroxyde
3. Urethan crosslinkers
4. Metallische Oxyde
5. Duece
6. Acetoxysilane

Vulkanisierung mit dem Schwefel

Bei weitem hängen die allgemeinsten vulkanisierenden Methoden von Schwefel ab. Schwefel ist allein ein langsamer vulkanisierender Agent und vulkanisiert synthetischen polyolefins nicht. Sogar mit natürlichen großen Gummibeträgen des Schwefels, sowie hohen Temperaturen und lange Heizung von Perioden sind notwendig, und man erhält eine unbefriedigende crosslinking Leistungsfähigkeit mit der unbefriedigenden Kraft und den Alterseigenschaften. Nur mit der Vulkanisierung können Gaspedale die Qualität entsprechend dem heutigen Niveau der Technologie erreicht werden. Die Vielfältigkeit von geforderten Vulkanisierungseffekten kann mit einer universaler Substanz nicht erreicht werden; eine Vielzahl von verschiedenen Zusätzen, das "Heilmittel-Paket," umfassend, ist notwendig.

Das vereinigte Heilmittel-Paket in einer typischen Gummizusammensetzung besteht aus dem Schwefel zusammen mit einer Zusammenstellung von Zusammensetzungen, die die Kinetik von crosslinking modifizieren und das Endprodukt stabilisieren. Diese Zusätze schließen Gaspedale, Aktivatoren wie Zinkoxyd und stearic Säure und antidegradants ein. Die Gaspedale und Aktivatoren sind Katalysatoren. Ein zusätzliches Niveau der Kontrolle wird durch das Verzögern von Agenten erreicht, die Vulkanisierung bis zu einer optimalen Zeit oder Temperatur hemmen. Antidegradants werden verwendet, um Degradierung des vulkanisierten Produktes durch die Hitze, den Sauerstoff und den Ozon zu verhindern.

Vulkanisierung von polychloroprene

Die Vulkanisierung des Neoprens oder polychloroprene Gummis (CR Gummi) wird mit Metalloxyden (spezifisch MgO und ZnO, manchmal PbO) aber nicht Schwefelzusammensetzungen ausgeführt, die jetzt mit vielen natürlichen und synthetischen Gummischuhen verwendet werden. Außerdem, wegen verschiedener in einer Prozession gehender Faktoren (hauptsächlich Brandfleck, dieser, die Frühquer-Verbindung von Gummischuhen wegen des Einflusses der Hitze seiend), wird die Wahl des Gaspedals durch verschiedene Regeln zu anderen diene Gummischuhen geregelt. Am herkömmlichsten verwendete Gaspedale sind problematisch, wenn CR Gummischuhe geheilt werden und, wie man gefunden hat, der wichtigste Beschleuniger Äthylen thiourea (ETU) gewesen ist, der, ein ausgezeichnetes und bewiesenes Gaspedal für polychloroprene seiend, als reprotoxic klassifiziert worden ist. Die europäische Gummiindustrie hat ein Forschungsprojekt SafeRubber angefangen, um eine sicherere Alternative zum Gebrauch von ETU zu entwickeln.

Vulkanisierung des Silikons

"Raumtemperatur, die" (RTV) Silikon vulkanisiert, wird reaktiver mit der Stärkung von Mineralfüllern verbundener Ölgrundpolymer gebaut. Es gibt zwei Typen des Raumtemperatur-Vulkanisieren-Silikons:

RTV-1 (Ein-Bestandteil-Systeme)

RTV-1 wird wegen der Handlung der atmosphärischen Feuchtigkeit, eines Katalysators und acetoxysilane hart. Acetoxysilane, wenn ausgestellt, zu feuchten Bedingungen wird essigsaure Säure bilden. Der Kurieren-Prozess beginnt auf der Außenoberfläche und schreitet durch zu seinem Kern fort. Das Produkt ist in luftdichten Patronen gepackt und ist entweder in einer Flüssigkeits- oder Teig-Form. RTV-1 Silikon hat gutes Festkleben, Elastizität und Beständigkeitseigenschaften. Die Küste Eine Härte kann zwischen 18 und 60 geändert werden. Die Verlängerung an der Brechung kann von 150 % bis zu 700 % anordnen. Sie haben ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit wegen des höheren Widerstands gegen die UV Radiation und Verwitterung. RTV-1 Industrieprodukte werden CAFs genannt.

RTV-2 (Zwei-Bestandteile-Systeme)

RTV-2 elastomer sind Zwei-Bestandteile-Produkte, die, wenn gemischt, bei der Raumtemperatur zu einem festen elastomer, einem Gel oder einem flexiblen Schaum heilen. RTV-2 bleibt flexibel von-80 °C bis +250 °C. Brechen Sie zusammen kommt bei Temperaturen über 350 °C das Verlassen einer trägen Kieselerde-Ablagerung vor, die nicht entzündbar und nichtbrennbar ist. Sie können für die elektrische Isolierung wegen ihrer dielektrischen Eigenschaften verwendet werden. Mechanische Eigenschaften sind befriedigend. RTV-2 wird verwendet, um flexible Formen, sowie viele technische Teile für die Industrie und nichtärztlichen Anwendungen zu machen.

Geschichte der Vulkanisierung von Gummi

Obwohl Vulkanisierung eine Erfindung des 19. Jahrhunderts ist, geht die Geschichte von durch andere Mittel geheiltem Gummi zur Vorgeschichte zurück. Der Name "Olmec" bedeutet "Gummileute" auf der aztekischen Sprache. Alter Mesoamericans, von altem Olmecs bis Azteken abmessend, hat Latex aus Castilla elastica, einem Typ des Kautschukbaums im Gebiet herausgezogen. Der Saft einer lokalen Weinrebe, Ipomoea alba, wurde dann mit diesem Latex gemischt, um bearbeiteten Gummi schon in 1600 v. Chr. zu schaffen. In der Westwelt ist Gummi eine Wissbegierde geblieben, obwohl es verwendet wurde, um waterproofed Produkte wie Mackintosh rainwear zu erzeugen.

Modern Developments

Thomas Hancock (1786-1865), ein Wissenschaftler und Ingenieur,

die erfundene Vulkanisierung von Gummi, als er eine Mischung von Gummi und Schwefel geheizt hat. Er hat den Prozess im Vereinigten Königreich am 21. November 1843 acht Wochen patentiert, bevor sich Goodyear um sein eigenes Patent des Vereinigten Königreichs beworben hat.

Charles Goodyear (1800-1860) hat seinen Prozess im Juni 15 1844 patentiert, aber hat behauptet, dass er Vulkanisierung früher 1839 entdeckt hatte. Er hat die Geschichte der Entdeckung 1853 in seinem autobiografischen Buch Kaugummi-Elastica geschrieben.

Hier ist die Rechnung von Goodyear der Erfindung, die vom Kaugummi-Elastica genommen ist. Obwohl das Buch eine Autobiografie ist, hat Goodyear beschlossen, es in der dritten Person zu schreiben, so dass "der Erfinder", und auf den "er" sich im Text bezogen hat, der Autor ist. Er beschreibt die Szene in einer Gummifabrik, wo sein Bruder gearbeitet hat:

Goodyear setzt fort zu beschreiben, wie seine Entdeckung nicht sogleich akzeptiert wurde.

Er hat eine andere Probe damit gemacht, einen ähnlichen Stoff vor einem offenen Feuer zu heizen. Dieselbe Wirkung, dieses des Verkohlens des Kaugummis, ist gefolgt. Es gab weitere Anzeigen des Erfolgs im Produzieren des gewünschten Ergebnisses, wie es auf den Rand des verkohlten Teils eine Linie oder Grenze erschienen ist, die nicht verkohlt wurde, aber vollkommen geheilt hat.

Goodyear setzt dann fort zu beschreiben, wie er sich zu Woburn, Massachusetts bewegt hat und eine Reihe von systematischen Experimenten ausgeführt hat, um das Kurieren von Gummi zu optimieren.

Goodyear hat von seiner Erfindung nicht profitiert.

Spätere Entwicklungen

Die Entdeckung der Gummischwefel-Reaktion hat den Gebrauch und die Anwendungen von Gummi revolutioniert, und hat das Gesicht der Industriewelt geändert.

Früher sollte die einzige Weise, eine kleine Lücke zwischen bewegenden Maschinenteilen zu siegeln, eingesaugtes Öl von Leder verwenden. Das war am gemäßigten Druck annehmbar, aber über einem bestimmten Punkt mussten Maschinenentwerfer zwischen der erzeugten Extrareibung einen Kompromiss eingehen, indem sie das Leder dichter und größerer Leckage des Dampfs eingepackt haben.

Vulkanisierter Gummi hat die ideale Lösung angeboten. Es konnte zu genauen Gestalten und Dimensionen gebildet werden. Es akzeptiert gemäßigt zu großen Deformierungen unter der Last und genest schnell zu seinen ursprünglichen Dimensionen, sobald die Last entfernt wird. Diese, die mit der guten Beständigkeit verbunden sind, und fehlen der Klebrigkeit, sind für einen wirksamen Dichtungsstoff kritisch. Weitere Experimente in der Verarbeitung und dem Zusammensetzen von Gummi durch Hancock und seine Kollegen haben zu einem zuverlässigeren Prozess geführt.

1905 hat George Oenslager entdeckt, dass eine Ableitung des Anilins gerufen hat, hat thiocarbanilide die Handlung des Schwefels zu Gummi beschleunigt, das Führen heilt kürzer Zeiten und Energieverbrauch reduzierend. Dieser Durchbruch ist fast so für die Entwicklung der Gummiindustrie grundsätzlich wie das Schwefel-Heilmittel von Goodyear. Gaspedale haben das Heilmittel schneller in einer Prozession gehen lassen, haben die Zuverlässigkeit des Prozesses verbessert und haben Vulkanisierung ermöglicht, auf synthetische Polymer angewandt zu werden. Ein Jahr nach seiner Entdeckung hatte Oenslager Hunderte von Anwendungen für seinen Zusatz gefunden.

So ist die Wissenschaft von Gaspedalen und Abbindeverzögerern geboren gewesen. Ein Gaspedal beschleunigt die Heilmittel-Reaktion, während ein Abbindeverzögerer es verzögert. Im nachfolgenden Jahrhundert haben Chemiker andere Gaspedale und Ultragaspedale entwickelt und werden verwendet, um die meisten modernen Gummiwaren zu machen.

Die Wiederverwertung und devulcanization

Der Markt für neuen Rohstoff Gummi- oder gleichwertig bleibt enorm, mit Nordamerika allein verwendende mehr als 10 Milliarden Pfunde (um 4.5 Millionen Tonnen) jedes Jahr. Die Auto-Industrie verbraucht etwa 79 % neuer Gummi und 57 % synthetischer Gummi. Bis heute ist wiederverwandter Gummi als ein Ersatz für neuen oder synthetischen Gummi in bedeutenden Mengen größtenteils nicht verwendet worden, weil die gewünschten Eigenschaften nicht erreicht worden sind. Verwendete Reifen sind von den von Gummi gemachten Abfallprodukten am meisten sichtbar; es wird geschätzt, dass Nordamerika allein etwa 300 Millionen überflüssige Reifen jährlich mit mehr als halb dem hinzufügen zu vorhandenen Reserven erzeugt. Es wird geschätzt, dass weniger als 10 % überflüssiger Gummi in jeder Art des neuen Produktes wiederverwendet werden. Die Vereinigten Staaten, die Europäische Union, Osteuropa, Lateinamerika, Japan und der Nahe Osten erzeugen insgesamt ungefähr eine Milliarde Reifen jährlich, mit geschätzten Anhäufungen von drei Milliarden in Europa und sechs Milliarden in Nordamerika.

Der Gummiwiederverwertungsprozess beginnt mit shredding. Nachdem der Stahl und die Verstärkungsfasern, und ein sekundärer Schleifen entfernt werden, ist das resultierende Gummipuder zur Produktwiederfertigung bereit. Bis jetzt dieses träge Material nur in Anwendungen verwendet werden konnte, die Vulkanisierung nicht verlangen. Im Gummiwiederverwertungsprozess beginnt devulcanization mit delinking der Schwefel-Moleküle von den Gummimolekülen, die Bildung von neuen Quer-Verbindungen erleichternd. Zwei Hauptgummiwiederverwertungsprozesse sind entwickelt worden: der modifizierte Ölprozess und der Wasserölprozess. Mit jedem dieser Prozesse werden Öl und ein protestierendes Reagenz zum zurückgeforderten Gummipuder hinzugefügt, das der hohen Temperatur und dem Druck seit einem langen Zeitraum (5-12 Stunden) in der speziellen Ausrüstung unterworfen wird und auch umfassende mechanische Postverarbeitung verlangt. Der zurückgeforderte Gummi von diesen Prozessen hat Eigenschaften verändert und ist für den Gebrauch in vielen Produkten einschließlich Reifen unpassend. Gewöhnlich haben diese verschiedenen Devulcanization-Prozesse gescheitert, auf bedeutenden devulcanization hinauszulaufen, haben gescheitert, konsequente Qualität zu erreichen oder sind untersagend teuer gewesen.